伽马相机和利用伽马相机检测辐射射线的方法

摘要

本发明公开了一种伽马相机，包括：第一伽马成像单元，包括：第一编码板，具有由多个编码元素构成的第一图案；以及第一探测器，用于检测穿透所述第一编码板的辐射射线；第二伽马成像单元，其包括：第二编码板，具有由多个编码元素构成的第二图案；以及第二探测器，用于检测穿透所述第二编码板的辐射射线，其中所述第一图案和第二图案构成相反图案。另外，本发明还公开了一种利用伽马相机检测辐射射线的方法。由于本发明使用了两套编码板和探测器，因此可以同时采集正反两种模式的两组投影数据，并同时传输给数据处理单元进行图像重建以实现实时成像，从而提高巡检模式下的编码成像的速度，从而达到快速定位放射源的目的。

说明书

技术领域

本发明属于辐射检测领域，其涉及一种用于放射源定位、核素识别的 伽马相机。更具体地说，本发明涉及一种便携式实时成像的伽马相机。另 外，本发明还涉及一种利用所述伽马相机检测辐射射线的方法。

背景技术

具有放射源定位及核素识别功能的便携式伽马相机是一种近些年才 被开放出来的放射性物质监控设备。相对于其他的核素识别设备(RID) 而言，它可以对放射源进行远距离定位。进一步地，通过光学摄像设备获 取被监测对象的视频图像，结合视频图像的使用，可以确定放射源的具体 物理位置。

图1是显示现有技术中的一种伽马相机的原理示意图。参见图1，现 有技术中的伽马相机包括编码板10和位置灵敏探测器20。下面结合能量 在E1和E2之间的光子对其结构和工作原理简要说明如下：

编码板10为平面板，其上的某些区域对能量在E1和E2之间的光子 透明，而某些区域对这样的光子不透明。透明和不透明的区域称之为“编 码元素”，其都具有相同的大小，而且是以一种事先确定的方式，例如 Fresnel zones模式和随机小孔模式分布的。另外，该伽马相机还包括位置 灵敏探测器20，例如位置灵敏光电倍增管(PSPMT)。位置灵敏探测器20 由多个探测器单元构成，它的位置分辨率与编码孔匹配，而且只对能量在 E1和E2之间的光子敏感。

如图1所示，两个方向的射线R1，R2透过编码板10上的透明区域(也 可以称为编码孔)照射同一个位置敏感探测器20。这样，探测器就记录了 编码孔图案的两个投影，每个投影都是对射线源对应点源位置的编码，每 个投影的强度就构成对应点源强度的编码。根据探测器得到的投影信息， 就可以反推出射线源的分布情况。

但是，现有的伽马相机存在一个不可忽视的问题：为了得到质量较好 的编码重建图像，图像重建算法不但需要投影数据的统计性较好，而且需 要采集正反模式下的两组投影数据，这样才能重建出清晰的图像。由此， 在实际的寻找放射源的过程中，需要将伽马相机放置在一个位置上，长时 间采集数据。具体而言，在第一次采集数据之后，需要旋转编码板90度 后以得到相反模式的编码板进行第二次采集数据，这样效率较低，致使工 作人员在辐射场中滞留时间较长。

另外，由于需要分两次采集正反两种模式的两组数据进行图像重建， 因此无法实现实时成像。由此，这将大大影响巡检模式下的编码成像的速 度，从而不能实现快速定位放射源的目标。

发明内容

鉴于此，本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的 至少一个方面。

相应地，本发明的目的之一在于提供改进的伽马相机，其能够提高放 射源定位的探测效率。

本发明的另一目的在于提供一种改进的伽马相机，其能够实现两种模 式数据的同时采集、同时处理，以实现实时成像。

根据本发明的一个方面，其提供一种伽马相机，包括：第一伽马成像 单元，其包括：第一编码板，具有由多个编码元素构成的第一图案；以及 第一探测器，所述第一探测器用于检测穿透所述第一编码板的辐射射线； 第二伽马成像单元，其包括：第二编码板，具有由多个编码元素构成的第 二图案；以及第二探测器，所述第二探测器用于检测穿透所述第二编码板 的辐射射线，其中所述第一图案和第二图案构成相反图案。

本发明将编码板和探测器加倍，在提高探测效率的同时，实现了两种 模式数据的同时采集、同时处理，这样就缩短了整个采集处理过程的时间， 为实现实时成像创造了前提。

在一种具体实施方式中，所述第一、第二伽马成像单元的纵向轴线相 互平行，并且限定有相同的成像区域。

优选地，第一伽马成像单元与第二伽马成像单元之间设置有屏蔽件， 以防止入射到第一伽马成像单元与第二伽马成像单元中的辐射射线发生 相互干扰。

进一步地，所述伽马相机包括屏蔽外壳，所述第一、第二伽马成像单 元设置于所述屏蔽外壳中，以防止成像区域以外的辐射射线进入到所述第 一、第二伽马成像单元中。

在一种实施方式中，所述伽马相机还包括：光学摄像装置，其成像区 域设置成与所述第一、第二伽马成像单元的所述成像区域相同。

在上述实施方式中，所述编码元素为具有相同形状的透明区域和不透 明区域之一，所述透明区域允许预定能量范围的辐射射线穿透，所述不透 明区域不允许预定能量范围的辐射射线穿透。

更具体地，所述第一、第二探测器的每一个包括：闪烁体或闪烁体阵 列；光电倍增管，其与所述闪烁体或闪烁体阵列相连以获将来自所述闪烁 体或闪烁体阵列的光信号转换成电信号。

在一种具体实施例中，所述闪烁体或闪烁体阵列为NaI或CsI或LaBr₃或LaCl₃闪烁体或闪烁体阵列。

根据本发明的另一方面，其提供一种利用伽马相机检测辐射射线的方 法，包括步骤：提供前述任一方面中的伽马相机；同时利用第一、第二伽 马成像单元对成像区域进行成像以分别获得第一、第二图像；叠加第一、 第二图像以获得消除伪影的重建图像。

在一种实施方式中，所述方法还包括步骤：采用光学摄像装置采集所 述成像区域的光学图像；将所述重建图像与所述光学图像叠加，以获得辐 射源分布图。

本发明的上述不特定的实施方式至少具有下述一个或者多个方面的 优点和效果：

1.根据编码孔成像的原理，本发明使用了两套编码板和探测器，由 此可以避免旋转或更换编码板的操作，从而提高巡检模式下的编码成像的 速度，从而达到快速定位放射源的目的。

2.由于采用正反两种模式(或称之为互补形状的编码板)的编码板， 因此可以同时采集正反两种模式的两组投影数据，并同时传输给数据处理 单元，通过叠加第一、第二图像以获得消除伪影的重建图像，从而实现实 时成像。

3.同现有技术相比，本发明具有设计合理、图像重建时间短、可实 时显示图像、寻源效率高等特点。相应地，本技术可广泛适用于任何需要 对放射性物质进行监测控制的地点，如海关口岸、核物理实验室、核电站、 核废料掩埋场所或贮藏库、医院、武器制造厂等。

附图说明

图1是显示现有技术中的伽马相机及编码孔成像原理的示意图；

图2是根据本发明的一种具体实施方式中的伽马相机的结构示意图， 其中图2A是伽马相机的俯视图，图2B是伽马相机的正视图；以及

图3是根据本发明的一种利用利用伽马相机检测辐射射线的方法的流 程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图1-3，对本发明的技术方案作进一步具 体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。 下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进 行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

参见图2A-2B，其示出了根据本发明的一种实施方式的伽马相机100， 其包括：第一伽马成像单元1，其包括：第一编码板11，具有由多个编码 元素61、62构成的第一图案；以及第一探测器21，用于检测穿透所述第 一编码板11的辐射射线；第二伽马成像单元2，其包括：第二编码板12， 具有由多个编码元素61、62构成的第二图案；以及第二探测器22，用于 检测穿透第二编码板12的辐射射线，其中第一图案和第二图案构成相反 图案。

在一种具体实施方式中，第一、第二伽马成像单元1、2的纵向轴线 相互平行，并且限定有相同的成像区域60。如图2A所示，第一、第二伽 马成像单元1、2并排设置或以平行方式结合成一体结构。相对于穿过图 2A中的假想中心线，第一、第二编码板11、12以及第一、第二探测器21、 22设置成相互对称，由此，第一、第二伽马成像单元1、2具有相同的成 像区域60。

优选地，第一伽马成像单元1与第二伽马成像单元2之间设置有屏蔽 件30，以防止入射到第一伽马成像单元1与第二伽马成像单元2中的辐射 射线发生相互干扰。进一步地，伽马相机100包括屏蔽外壳40，第一、第 二伽马成像单元1、2设置于屏蔽外壳40中，以防止成像区域60以外的 辐射射线进入到第一、第二伽马成像单元1、2中，避免成像系统的信噪 比下降。

图2所示，本发明的伽马相机100的编码板11、12安装伽马相机100 在屏蔽壳体40的前部，与探测器21、22探测表面平行放置且有一定的距 离，该距离根据伽马相机的成像视角确定，距离越大视角越小，距离越小 视角越大。

如图2B所示，编码板11、12由多个编码元素61、62构成。在图2 表中，编码元素61指代不允许预定能量范围的辐射射线穿透的不透明区 域，编码元素62指代允许预定能量范围的辐射射线穿透的透明区域。该 透明区域和不透明区域具有相同的形状。编码板11、12的材料及厚度应 该兼顾阻挡射线和编码元素长度两个方面：为了能有效阻挡伽马射线，编 码板11、12应该尽量厚；但考虑到编码成像的需要，编码板又应该尽量 薄。因此，选择钨作为编码板材料比较合适，可以使编码板在比较薄的情 况下有效阻挡伽马射线。

图2中所示的结构是由两个几乎相同且相对独立的编码成像单元组成 的，唯一有区别是二者的编码板11、12，它们是相反结构(或者说结构互 补)的两块编码板。具体地说，如图2B所示，编码板11、12是由透明区 域62和不透明区域61上按照预定的方式，例如Fresnel zones模式和随机 小孔模式排列构成。例如在本实施例中，多个编码元素61、62构成4×4 的阵列。显然，本发明不仅限于此，而可以是其它p×q(p、q是大于2 的整数)的阵列。相反结构或互补结构的编码板11、12指编码板相同位 置的透明区域和不透明区域的设置相反或互补。如图2B所示，在编码板 11上处第一行和第一列位置的编码元素61为不透明区域，而在编码板11 上处第一行和第一列位置的编码元素62与上述编码元素61相反或互补， 其为透明区域，此时也可称此透明区域62为编码孔。虽然在图2B中，编 码元素61、62的形状是正方形的，但是本发明并不仅限于此，编码元素 的形状可以是任意形状。

根据编码成像原理，单个编码成像单元单次得到的重建图像效果是很 差的，伪影较多。然而，使用相反或互补编码板11、12的两个编码成像 单元对同一成像区域60成像后，把两者相叠加将可以得到效果理想的重 建图像。

在一种实施方式中，参见图2A和图2B，伽马相机100还包括：光学 摄像装置50，其成像区域60设置成与第一、第二伽马成像单元1、2的成 像区域60相同。更具体地，第一、第二探测器21、22的每一个包括：闪 烁体或闪烁体阵列211、221，例如NaI或CsI或LaBr₃或LaCl₃闪烁体或 闪烁体阵列；光电倍增管212、222，其与闪烁体或闪烁体阵列211、221， 例如NaI或CsI或LaBr₃或LaCl₃闪烁体或闪烁体阵列，相连以获将来自 闪烁体或闪烁体阵列的光信号转换成电信号。从光电倍增管212、222上 获取的电信号输出到图像处理单元(图中未示出)，例如计算机、CPU处 理单元。图像处理单元对电信号进行处理，以重建有关辐射强度的图像， 并可以通过显示单元，例如LCD显示屏(图中未示出)进行显示。

下面，结合附图2-3对根据本发明的利用上述伽马相机检测辐射射线 的方法进行简要说明。

如图2所示位置放置两组位置灵敏探测器与编码板，即提供第一、第 二伽马成像单元1、2，以保证两组成像系统是对同一成像区域60成像 (S1)。同时，在上述第一、第二伽马成像单元1、2中，其中第一编码板 11上的第一图案和第一编码板12上的第二图案构成相反图案。接下来，同 时利用第一、第二伽马成像单元1、2对成像区域60进行成像以分别获得 第一、第二图像(S2)。如前所述，根据编码成像原理，单个编码成像单 元单次得到的重建图像效果是很差的，伪影较多。为此，将第一、第二图 像叠加以获得消除伪影的重建图像。进一步地，在另一种实施方式中，方 法还包括步骤：采用光学摄像装置50采集成像区域60的光学图像；将重 建图像与光学图像叠加，以获得辐射源分布图。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术 人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些 实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。