放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法和设备，其中，该方法包括：伽马相机探测到目标区域内来自定义目标角平面各个方向入射的伽马光子，并分别重组成投影数据及能谱数据；利用图像重建算法对投影数据进行重建获取辐射伽马图像；并据此获取目标区域内各个方向入射伽马光子注量率的二维角度分布；根据入射光子能量查找相应的转换系数，并利用转换系数将伽马光子注量率的二维角度分布转化为目标区域内放射性物质对伽马相机所在位置的辐射剂量率的二维角度分布。本发明的测量方法，实现了利用伽马相机等设备对目标区域内不同方向入射的伽马光子辐射剂量率的二维角度分布的测量。
【专利说明】放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及辐射探测【技术领域】，特别涉及一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法和设备。
【背景技术】
[0002]放射性物质的定位、辐射剂量测量、核素种类识别以及活度测量在核工业、核安全、环境保护、工业及医用放射源管理、公共安全等领域具有广泛的应用。
[0003]传统的应用于探测放射性物质的手段主要包括:放射性剂量仪、伽马能谱仪和伽马相机。其中，伽马相机是利用辐射探测技术对放射性物质探测的方法，探测来自放射性物质所在目标角平面各个方向入射的伽马光子，并通过探测器探测准直器编码准直的伽马光子实现对放射性物质的二维平面分布成像。
[0004]另外,伽马相机还可测量相机所在位置的伽马福射剂量率或粒子注量率,并实现初步的伽马光子能谱测量的功能。但是，伽马辐射图像本身只能反映放射性物质的二维角度分布信息，而不能反映伽马辐射剂量率或粒子注量率的二维角度分布，现有技术中关于伽马相机的伽马辐射剂量率或粒子注量率的二维角度分布测量方面的技术还比较少，有待开发。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
[0006]为此，本发明的第一个目的在于提出一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，该方法实现了利用伽马相机等设备对目标区域内不同方向入射的伽马光子辐射剂量率的二维角度分布的测量。
[0007]本发明的第二个目的在于提出一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备。
[0008]为达上述目的，根据本发明第一方面实施例提出了一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，包括:伽马相机探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α，β)各个方向入射的伽马光子，并根据所述入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据P，以及根据所述入射的伽马光子在所述伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据E ;根据所述能谱数据E获取入射光子能量Epeak,并根据所述投影数据P和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像；根据所述伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布；根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面(α，β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布Φ (Epeak) (α,0);根据所述入射光子能量Epeak查找相应的转换系数K (Epeak)，并根据所述转换系数K (Epeak)和所述伽马光子的注量率的二维角度分布Φ (Epeak) (α,0)通过以下公式获取目标区域内所述放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布D(a，e):D(a，e) = κ (Epeak) X Φ (Epeak)
O，β) ?
[0009]本发明实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，通过放射性物质的投影数据获取伽马光子的入射光子能量，并根据伽马相机对该入射光子能量的光子的探测效率获取伽马光子到达探测器上的注量率的二维角度分布，并根据《用于光子外照射放射防护的剂量转换系数》中提到的转换系数，来换算得到伽马光子辐射剂量率的二维角度分布，实现了对不同方向的入射的伽马光子的辐射计量信息的测量，相较与传统的辐射计量信息的定量测量，更具有针对性。
[0010]进一步地，在本发明的一些实施例中，所述根据所述能谱数据E获取入射光子能量Epeak具体包括:根据所述能谱数据E获取每个所述伽马光子的光子能量；通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave:
【权利要求】
1.一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，其特征在于，包括: 伽马相机探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α，β)各个方向入射的伽马光子，并根据所述入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据P，以及根据所述入射的伽马光子在所述伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据E ; 根据所述能谱数据E获取入射光子能量EPMk，并根据所述投影数据P和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像； 根据所述伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布； 根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面(α，β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布Φ (Epeak) (a；e)； 根据所述入射光子能量Eprak查找相应的转换系数K (Eprak)，并根据所述转换系数K (Epeak)和所述伽马光子的注量率的二维角度分布Φ (Epeak) (α,0)通过以下公式获取目标区域内所述放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布D(a，0):
D(a’ β) = K (Epeak) X Φ (Epeak) (α； 0) ο
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述能谱数据E获取入射光子能量Epeak具体包括: 根据所述能谱数据E获取每个所述伽马光子的光子能量； 通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave:
其中，Ei为所述探测到的伽马光子中第i个伽马光子的光子能量； 根据所述伽马光子平均能量E.获取所述入射光子能量EPMk，其中，
Epeak = EaveXae+be, 其中，和\为拟合系数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述投影数据和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像具体包括: 根据所述入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵Μ(α ^以及相应的从所述目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布? (Epeak) (a；e)； 根据所述传输矩阵M(a，e)和所述探测效率的二维角度分布ζ (Eprak) (a，e)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M ； 根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M对所述放射性物质的投影数据P进行重建以得到伽马辐射图像其中，
其中，i = 1，2，…，I，j = 1，2，一,Lpj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α, β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M的第j行、i列的元素，Mji表示从所述目标角平面(α，β)的(α” β,)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率；通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像/求解:
其中，Jv1为第η次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，/；=!, i =.1，2，…，I。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于， 所述根据伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布具体包括: 根据所述伽马辐射图像/获取所述目标角平面(α，β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布Ν(α，0)，并根据所述实际入射光子数量的二维角度分布Ν(α，0)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布Ν(α，0)/Τ，其中，T为探测从所述目标角平面(α，β)各个方向入射的伽马光子的探测时间； 所述根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布具体包括: 通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布Φ (Epeak) (α,0):
其中，S为所述探测器的有效探测面积。
5.如权利要求3-4任一项所述的方法，其特征在于，通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ (Epeak) (α,0)的对应关系: 获取所述目标角平面U，β )各个方向入射到达所述探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的二维角度分布的第一概率ε drt (Epeak) (α，0)； 获取所述目标角平面(α，β)各个方向入射的伽马光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的二维角度分布的第二概率ε。。JEpeJhfi)； 根据所述第一概率(Epeak) (α，0)和所述第二概率(Epeak) (α，0)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ (Epeak) (α，0)，其中，
((Epeak) ( α，β )^ col (Epeak) ( α，β ) X ^ det (Epeak) ( α，β )。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述投影数据和所述入射光子能量Eprak重建得到伽马辐射图像具体包括: 根据所述入射光子能量Eprak查找相应的传输矩阵M(a ^以及相应的从所述目标角平面(α, β)的预设角度(απ，βη)入射的伽马光子的探测效率ζ (Epeak) (ffl,n)； 根据所述传输矩阵Μ(α，0)和所述探测效率ζ (Epeak) (m，n)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M’ ； 根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M’对所述放射性物质的投影数据P进行重建以得到伽马辐射图像/'，其中，
其中，i = 1，2，…，I，j = 1，2，一,Lpj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α, β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，Μ’的第j行、i列的元素，M’表示从所述目标角平面(α，β)的(a” ^i)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率； 通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像求解:
其中，f:为第η次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，/；°=1 , i =.1，2，…，I。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于， 所述根据伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布具体包括: 根据所述伽马辐射图像获取所述目标角平面(α，β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N’(α，0)，并根据所述实际入射光子数量的二维角度分布N’(α，0)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布N’(α，0)/Τ，其中，T为探测从所述目标角平面(α，β)各个方向入射的伽马光子的探测时间； 所述根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布具体包括: 通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布Φ (Epeak) (α,0): 其中，S为所述探测器的有效探测面积。
8.如权利要求6-7任一项所述的方法，其特征在于，通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与所述目标角平面(α，β)的预设角度(απ，βη)入射的伽马光子的探测效率
的对应关系: 获取从所述目标角平面的预设角度(απ，βη)入射到达所述探测器前表面的能量为Eprak的伽马光子被探测到的第一概率ε det (Epeak) (m, η); 获取从所述目标角平面的预设角度(απ，βη)的入射光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的第二概率ε。。JEpeJ^n)； 根据所述第一概率(Epeak)(m，n)和所述第二概率εΜ? (Epeak)(m，n)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率ζ (Epeak) (m,n)，其中，
((Epeak) (m, n)^ col (Epeak) (m, n) ^ ^ det (Epeak) (m, n) °
9.一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备，其特征在于，包括: 伽马相机，用于探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α，β)各个方向入射的伽马光子，并根据所述入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据P，以及根据所述入射的伽马光子在所述伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据E ； 投影数据分析模块，用于根据所述能谱数据E获取入射光子能量EPMk，并根据所述投影数据P和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像；注量率分布获取模块，用于根据所述伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布，并根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面(α，β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布Φ (Epeak) (a；e)； 辐射剂量率分布获取模块，用于根据所述入射光子能量Eprak查找相应的转换系数K (Eprak),并根据所述转换系数K (Epeak)和所述伽马光子的注量率的二维角度分布Φ (Epeak) (α,0)通过以下公式获取目标区域内所述放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布0(。，0):
D(α’ β) = K (Epeak) X Φ (Epeak) (α； 0) ο
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述投影数据分析模块具体用于: 根据所述能谱数据E获取每个所述伽马光子的光子能量； 通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave:
其中，Ei为所述探测到的伽马光子中第i个伽马光子的光子能量； 根据所述伽马光子平均能量E.获取所述入射光子能量EPMk，其中，
Epeak = EaveXae+be, 其中，和\为拟合系数。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述投影数据分析模块具体用于: 根据所述入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵Μ(α ^以及相应的从所述目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布? (Epeak) (a；e)； 根据所述传输矩阵M(a，e)和所述探测效率的二维角度分布ζ (Eprak) (a，e)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M ； 根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M对所述放射性物质的投影数据P进行重建以得到伽马辐射图像/,其中，
其中，i = 1，2，…，I，j = 1，2，一,Lpj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α, β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M的第j行、i列的元素，Mji表示从所述目标角平面(α，β)的(α” β,)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率； 通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像/求解:
其中，/；为第η次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，10=I ’ i =1，2，…，I。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述注量率分布获取模块具体用于: 根据所述伽马辐射图像I获取所述目标角平面U，β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布Ν(α，0)，并根据所述实际入射光子数量的二维角度分布Ν(α，0)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布Ν(α，0)/Τ，其中，T为探测从所述目标角平面(α，β)各个方向入射的伽马光子的探测时间； 通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布Φ (Epeak) (α,0):
其中，S为所述探测器的有效探测面积。
13.如权利要求11-12任一项所述的设备，其特征在于，通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ (Epeak) (α,0)的对应关系: 获取所述目标角平面U，β )各个方向入射到达所述探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的二维角度分布的第一概率ε drt (Epeak) (α，0)； 获取所述目标角平面(α，β)各个方向入射的伽马光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的二维角度分布的第二概率ε。。JEpeJhfi)； 根据所述第一概率(Epeak) (α，0)和所述第二概率(Epeak) (α，0)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ (Epeak) (α，0)，其中，
((Epeak) ( α，β )^ col (Epeak) ( α，β ) X ^ det (Epeak) ( α，β )。
14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述投影数据分析模块具体用于: 根据所述入射光子能量Eprak查找相应的传输矩阵M(a ^以及相应的从所述目标角平面(α, β)的预设角度(απ，βη)入射的伽马光子的探测效率ζ (Epeak) (ffl,n)； 根据所述传输矩阵Μ(α，0)和所述探测效率ζ (Epeak) (m，n)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M’ ； 根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M’对所述放射性物质的投影数据P进行重建以得到伽马辐射图像/’，其中，
其中，i = 1，2，…，I，j = 1，2，一,Lpj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α, β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，Μ’的第j行、i列的元素，M’表示从所述目标角平面(α，β)的(a” ^i)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率； 通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像I’求解:
其中，././"为第η次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，J?=l，i =1，2，…，I。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述注量率分布获取模块具体用于: 根据所述伽马辐射图像/'获取所述目标角平面(α，β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N’(a，e);根据所述实际入射光子数量的二维角度分布N’ (α,0)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布^㈧^/^其中^为探测从所述目标角平面丨^ β)各个方向入射的伽马光子的探测时间； 通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布Φ (Epeak) (α,0):
其中，s为所述探测器的有效探测面积。
16.如权利要求14-15任一项所述的设备，其特征在于，通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与所述目标角平面(α，β)的预设角度(απ，βη)入射的伽马光子的探测效率((Epeak) (m, η)
的对应关系: 获取从所述目标角平面的预设角度(απ，βη)入射到达所述探测器前表面的能量为Eprak的伽马光子被探测到的第一概率ε det (Epeak) (m, η); 获取从所述目标角平面的预设角度(απ，βη)入射的伽马光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的第二概率ε (Epeak) (m，n)； 根据所述第一概率(Epeak)(m，n)和所述第二概率εΜ? (Epeak)(m，n)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率ζ (Epeak) (m,n)，其中，
((Epeak) (m, n)^ col (Epeak) (m, n) ^ ^ det (Epeak) (m, n) °
【文档编号】G01T1/08GK104166153SQ201410360002
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】陈思, 高丽蕾, 何峰, 刘亚强, 王石, 刘迈 申请人:北京辛耕普华医疗科技有限公司