放射性物質輻射劑量率的二維角度分布的測量方法和設備的制作方法
【專利摘要】本發明提出一種放射性物質輻射劑量率的二維角度分布的測量方法和設備，其中，該方法包括：伽馬相機探測到目標區域內來自定義目標角平面各個方向入射的伽馬光子，并分別重組成投影數據及能譜數據；利用圖像重建算法對投影數據進行重建獲取輻射伽馬圖像；并據此獲取目標區域內各個方向入射伽馬光子注量率的二維角度分布；根據入射光子能量查找相應的轉換系數，并利用轉換系數將伽馬光子注量率的二維角度分布轉化為目標區域內放射性物質對伽馬相機所在位置的輻射劑量率的二維角度分布。本發明的測量方法，實現了利用伽馬相機等設備對目標區域內不同方向入射的伽馬光子輻射劑量率的二維角度分布的測量。
【專利說明】放射性物質輻射劑量率的二維角度分布的測量方法和設備

【技術領域】
[0001]本發明涉及輻射探測【技術領域】，特別涉及一種放射性物質輻射劑量率的二維角度分布的測量方法和設備。

【背景技術】
[0002]放射性物質的定位、輻射劑量測量、核素種類識別以及活度測量在核工業、核安全、環境保護、工業及醫用放射源管理、公共安全等領域具有廣泛的應用。
[0003]傳統的應用于探測放射性物質的手段主要包括:放射性劑量儀、伽馬能譜儀和伽馬相機。其中，伽馬相機是利用輻射探測技術對放射性物質探測的方法，探測來自放射性物質所在目標角平面各個方向入射的伽馬光子，并通過探測器探測準直器編碼準直的伽馬光子實現對放射性物質的二維平面分布成像。
[0004]另外,伽馬相機還可測量相機所在位置的伽馬福射劑量率或粒子注量率,并實現初步的伽馬光子能譜測量的功能。但是，伽馬輻射圖像本身只能反映放射性物質的二維角度分布信息，而不能反映伽馬輻射劑量率或粒子注量率的二維角度分布，現有技術中關于伽馬相機的伽馬輻射劑量率或粒子注量率的二維角度分布測量方面的技術還比較少，有待開發。


【發明內容】

[0005]本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題。
[0006]為此，本發明的第一個目的在于提出一種放射性物質輻射劑量率的二維角度分布的測量方法，該方法實現了利用伽馬相機等設備對目標區域內不同方向入射的伽馬光子輻射劑量率的二維角度分布的測量。
[0007]本發明的第二個目的在于提出一種放射性物質輻射劑量率的二維角度分布的測量設備。
[0008]為達上述目的，根據本發明第一方面實施例提出了一種放射性物質輻射劑量率的二維角度分布的測量方法，包括:伽馬相機探測目標區域內從放射性物質定義的目標角平面(α，β)各個方向入射的伽馬光子，并根據所述入射的伽馬光子及其相應的探測作用位置重組生成矢量投影數據P，以及根據所述入射的伽馬光子在所述伽馬相機的探測器中沉積能量重組生成矢量能譜數據E ;根據所述能譜數據E獲取入射光子能量Epeak,并根據所述投影數據P和所述入射光子能量Epeak重建得到伽馬輻射圖像；根據所述伽馬輻射圖像獲取實際入射光子計數率的二維角度分布；根據所述實際入射光子計數率的二維角度分布獲取所述目標角平面(α，β)各個方向伽馬光子的注量率的二維角度分布Φ (Epeak) (α,0);根據所述入射光子能量Epeak查找相應的轉換系數K (Epeak)，并根據所述轉換系數K (Epeak)和所述伽馬光子的注量率的二維角度分布Φ (Epeak) (α,0)通過以下公式獲取目標區域內所述放射性物質對伽馬相機位置輻射劑量率的二維角度分布D(a，e):D(a，e) = κ (Epeak) X Φ (Epeak)
O，β) ?
[0009]本發明實施例的放射性物質輻射劑量率的二維角度分布的測量方法，通過放射性物質的投影數據獲取伽馬光子的入射光子能量，并根據伽馬相機對該入射光子能量的光子的探測效率獲取伽馬光子到達探測器上的注量率的二維角度分布，并根據《用于光子外照射放射防護的劑量轉換系數》中提到的轉換系數，來換算得到伽馬光子輻射劑量率的二維角度分布，實現了對不同方向的入射的伽馬光子的輻射計量信息的測量，相較與傳統的輻射計量信息的定量測量，更具有針對性。
[0010]進一步地，在本發明的一些實施例中，所述根據所述能譜數據E獲取入射光子能量Epeak具體包括:根據所述能譜數據E獲取每個所述伽馬光子的光子能量；通過以下公式獲取伽馬光子平均能量Eave:

【權利要求】
1.一種放射性物質輻射劑量率的二維角度分布的測量方法，其特征在于，包括: 伽馬相機探測目標區域內從放射性物質定義的目標角平面(α，β)各個方向入射的伽馬光子，并根據所述入射的伽馬光子及其相應的探測作用位置重組生成矢量投影數據P，以及根據所述入射的伽馬光子在所述伽馬相機的探測器中沉積能量重組生成矢量能譜數據E ; 根據所述能譜數據E獲取入射光子能量EPMk，并根據所述投影數據P和所述入射光子能量Epeak重建得到伽馬輻射圖像； 根據所述伽馬輻射圖像獲取實際入射光子計數率的二維角度分布； 根據所述實際入射光子計數率的二維角度分布獲取所述目標角平面(α，β)各個方向伽馬光子的注量率的二維角度分布Φ (Epeak) (a；e)； 根據所述入射光子能量Eprak查找相應的轉換系數K (Eprak)，并根據所述轉換系數K (Epeak)和所述伽馬光子的注量率的二維角度分布Φ (Epeak) (α,0)通過以下公式獲取目標區域內所述放射性物質對伽馬相機位置輻射劑量率的二維角度分布D(a，0):
D(a’ β) = K (Epeak) X Φ (Epeak) (α； 0) ο
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述能譜數據E獲取入射光子能量Epeak具體包括: 根據所述能譜數據E獲取每個所述伽馬光子的光子能量； 通過以下公式獲取伽馬光子平均能量Eave:
其中，Ei為所述探測到的伽馬光子中第i個伽馬光子的光子能量； 根據所述伽馬光子平均能量E.獲取所述入射光子能量EPMk，其中，
Epeak = EaveXae+be, 其中，和\為擬合系數。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述投影數據和所述入射光子能量Epeak重建得到伽馬輻射圖像具體包括: 根據所述入射光子能量Epeak查找相應的傳輸矩陣Μ(α ^以及相應的從所述目標角平面各個方向入射的伽馬光子的探測效率的二維角度分布? (Epeak) (a；e)； 根據所述傳輸矩陣M(a，e)和所述探測效率的二維角度分布ζ (Eprak) (a，e)獲取考慮實際傳輸效率的傳輸矩陣M ； 根據所述考慮實際傳輸效率的傳輸矩陣M對所述放射性物質的投影數據P進行重建以得到伽馬輻射圖像其中，
其中，i = 1，2，…，I，j = 1，2，一,Lpj為所述探測器的第j個像素在所述目標角平面(α, β)各個方向探測到的伽馬光子數量組成的向量，M的第j行、i列的元素，Mji表示從所述目標角平面(α，β)的(α” β,)方向入射的伽馬光子在所述伽馬相機的所述探測器的第j個像素上被探測到的概率；通過以下期望最大化的統計迭代算法對所述伽馬輻射圖像/求解:
其中，Jv1為第η次迭代得到的伽馬輻射圖像中第i個像素的像素估計值，/；=!, i =.1，2，…，I。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于， 所述根據伽馬輻射圖像獲取實際入射光子計數率的二維角度分布具體包括: 根據所述伽馬輻射圖像/獲取所述目標角平面(α，β)各個方向實際入射光子數量的二維角度分布Ν(α，0)，并根據所述實際入射光子數量的二維角度分布Ν(α，0)獲取所述實際入射光子計數率的二維角度分布Ν(α，0)/Τ，其中，T為探測從所述目標角平面(α，β)各個方向入射的伽馬光子的探測時間； 所述根據所述實際入射光子計數率的二維角度分布獲取所述目標角平面各個方向伽馬光子的注量率的二維角度分布具體包括: 通過以下公式獲取所述伽馬光子的注量率的二維角度分布Φ (Epeak) (α,0):
其中，S為所述探測器的有效探測面積。
5.如權利要求3-4任一項所述的方法，其特征在于，通過以下步驟預先建立入射光子能量Epeak與伽馬光子的探測效率的二維角度分布ζ (Epeak) (α,0)的對應關系: 獲取所述目標角平面U，β )各個方向入射到達所述探測器前表面的能量為Epeak的伽馬光子被探測到的二維角度分布的第一概率ε drt (Epeak) (α，0)； 獲取所述目標角平面(α，β)各個方向入射的伽馬光子穿透所述探測器的準直器到達所述探測器表面的二維角度分布的第二概率ε。。JEpeJhfi)； 根據所述第一概率(Epeak) (α，0)和所述第二概率(Epeak) (α，0)獲取與所述入射光子能量Epeak對應的伽馬光子的探測效率的二維角度分布ζ (Epeak) (α，0)，其中，
((Epeak) ( α，β )^ col (Epeak) ( α，β ) X ^ det (Epeak) ( α，β )。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述投影數據和所述入射光子能量Eprak重建得到伽馬輻射圖像具體包括: 根據所述入射光子能量Eprak查找相應的傳輸矩陣M(a ^以及相應的從所述目標角平面(α, β)的預設角度(απ，βη)入射的伽馬光子的探測效率ζ (Epeak) (ffl,n)； 根據所述傳輸矩陣Μ(α，0)和所述探測效率ζ (Epeak) (m，n)獲取考慮實際傳輸效率的傳輸矩陣M’ ； 根據所述考慮實際傳輸效率的傳輸矩陣M’對所述放射性物質的投影數據P進行重建以得到伽馬輻射圖像/'，其中，
其中，i = 1，2，…，I，j = 1，2，一,Lpj為所述探測器的第j個像素在所述目標角平面(α, β)各個方向探測到的伽馬光子數量組成的向量，Μ’的第j行、i列的元素，M’表示從所述目標角平面(α，β)的(a” ^i)方向入射的伽馬光子在所述伽馬相機的所述探測器的第j個像素上被探測到的概率； 通過以下期望最大化的統計迭代算法對所述伽馬輻射圖像求解:
其中，f:為第η次迭代得到的伽馬輻射圖像中第i個像素的像素估計值，/；°=1 , i =.1，2，…，I。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于， 所述根據伽馬輻射圖像獲取實際入射光子計數率的二維角度分布具體包括: 根據所述伽馬輻射圖像獲取所述目標角平面(α，β)各個方向實際入射光子數量的二維角度分布N’(α，0)，并根據所述實際入射光子數量的二維角度分布N’(α，0)獲取所述實際入射光子計數率的二維角度分布N’(α，0)/Τ，其中，T為探測從所述目標角平面(α，β)各個方向入射的伽馬光子的探測時間； 所述根據所述實際入射光子計數率的二維角度分布獲取所述目標角平面各個方向伽馬光子的注量率的二維角度分布具體包括: 通過以下公式獲取所述伽馬光子的注量率的二維角度分布Φ (Epeak) (α,0): 其中，S為所述探測器的有效探測面積。
8.如權利要求6-7任一項所述的方法，其特征在于，通過以下步驟預先建立入射光子能量Epeak與所述目標角平面(α，β)的預設角度(απ，βη)入射的伽馬光子的探測效率
的對應關系: 獲取從所述目標角平面的預設角度(απ，βη)入射到達所述探測器前表面的能量為Eprak的伽馬光子被探測到的第一概率ε det (Epeak) (m, η); 獲取從所述目標角平面的預設角度(απ，βη)的入射光子穿透所述探測器的準直器到達所述探測器表面的第二概率ε。。JEpeJ^n)； 根據所述第一概率(Epeak)(m，n)和所述第二概率εΜ? (Epeak)(m，n)獲取與所述入射光子能量Epeak對應的伽馬光子的探測效率ζ (Epeak) (m,n)，其中，
((Epeak) (m, n)^ col (Epeak) (m, n) ^ ^ det (Epeak) (m, n) °
9.一種放射性物質輻射劑量率的二維角度分布的測量設備，其特征在于，包括: 伽馬相機，用于探測目標區域內從放射性物質定義的目標角平面(α，β)各個方向入射的伽馬光子，并根據所述入射的伽馬光子及其相應的探測作用位置重組生成矢量投影數據P，以及根據所述入射的伽馬光子在所述伽馬相機的探測器中沉積能量重組生成矢量能譜數據E ； 投影數據分析模塊，用于根據所述能譜數據E獲取入射光子能量EPMk，并根據所述投影數據P和所述入射光子能量Epeak重建得到伽馬輻射圖像；注量率分布獲取模塊，用于根據所述伽馬輻射圖像獲取實際入射光子計數率的二維角度分布，并根據所述實際入射光子計數率的二維角度分布獲取所述目標角平面(α，β)各個方向伽馬光子的注量率的二維角度分布Φ (Epeak) (a；e)； 輻射劑量率分布獲取模塊，用于根據所述入射光子能量Eprak查找相應的轉換系數K (Eprak),并根據所述轉換系數K (Epeak)和所述伽馬光子的注量率的二維角度分布Φ (Epeak) (α,0)通過以下公式獲取目標區域內所述放射性物質對伽馬相機位置輻射劑量率的二維角度分布0(。，0):
D(α’ β) = K (Epeak) X Φ (Epeak) (α； 0) ο
10.如權利要求9所述的設備，其特征在于，所述投影數據分析模塊具體用于: 根據所述能譜數據E獲取每個所述伽馬光子的光子能量； 通過以下公式獲取伽馬光子平均能量Eave:
其中，Ei為所述探測到的伽馬光子中第i個伽馬光子的光子能量； 根據所述伽馬光子平均能量E.獲取所述入射光子能量EPMk，其中，
Epeak = EaveXae+be, 其中，和\為擬合系數。
11.如權利要求9所述的設備，其特征在于，所述投影數據分析模塊具體用于: 根據所述入射光子能量Epeak查找相應的傳輸矩陣Μ(α ^以及相應的從所述目標角平面各個方向入射的伽馬光子的探測效率的二維角度分布? (Epeak) (a；e)； 根據所述傳輸矩陣M(a，e)和所述探測效率的二維角度分布ζ (Eprak) (a，e)獲取考慮實際傳輸效率的傳輸矩陣M ； 根據所述考慮實際傳輸效率的傳輸矩陣M對所述放射性物質的投影數據P進行重建以得到伽馬輻射圖像/,其中，
其中，i = 1，2，…，I，j = 1，2，一,Lpj為所述探測器的第j個像素在所述目標角平面(α, β)各個方向探測到的伽馬光子數量組成的向量，M的第j行、i列的元素，Mji表示從所述目標角平面(α，β)的(α” β,)方向入射的伽馬光子在所述伽馬相機的所述探測器的第j個像素上被探測到的概率； 通過以下期望最大化的統計迭代算法對所述伽馬輻射圖像/求解:
其中，/；為第η次迭代得到的伽馬輻射圖像中第i個像素的像素估計值，10=I ’ i =1，2，…，I。
12.如權利要求11所述的設備，其特征在于，所述注量率分布獲取模塊具體用于: 根據所述伽馬輻射圖像I獲取所述目標角平面U，β)各個方向實際入射光子數量的二維角度分布Ν(α，0)，并根據所述實際入射光子數量的二維角度分布Ν(α，0)獲取所述實際入射光子計數率的二維角度分布Ν(α，0)/Τ，其中，T為探測從所述目標角平面(α，β)各個方向入射的伽馬光子的探測時間； 通過以下公式獲取所述伽馬光子的注量率的二維角度分布Φ (Epeak) (α,0):
其中，S為所述探測器的有效探測面積。
13.如權利要求11-12任一項所述的設備，其特征在于，通過以下步驟預先建立入射光子能量Epeak與伽馬光子的探測效率的二維角度分布ζ (Epeak) (α,0)的對應關系: 獲取所述目標角平面U，β )各個方向入射到達所述探測器前表面的能量為Epeak的伽馬光子被探測到的二維角度分布的第一概率ε drt (Epeak) (α，0)； 獲取所述目標角平面(α，β)各個方向入射的伽馬光子穿透所述探測器的準直器到達所述探測器表面的二維角度分布的第二概率ε。。JEpeJhfi)； 根據所述第一概率(Epeak) (α，0)和所述第二概率(Epeak) (α，0)獲取與所述入射光子能量Epeak對應的伽馬光子的探測效率的二維角度分布ζ (Epeak) (α，0)，其中，
((Epeak) ( α，β )^ col (Epeak) ( α，β ) X ^ det (Epeak) ( α，β )。
14.如權利要求9所述的設備，其特征在于，所述投影數據分析模塊具體用于: 根據所述入射光子能量Eprak查找相應的傳輸矩陣M(a ^以及相應的從所述目標角平面(α, β)的預設角度(απ，βη)入射的伽馬光子的探測效率ζ (Epeak) (ffl,n)； 根據所述傳輸矩陣Μ(α，0)和所述探測效率ζ (Epeak) (m，n)獲取考慮實際傳輸效率的傳輸矩陣M’ ； 根據所述考慮實際傳輸效率的傳輸矩陣M’對所述放射性物質的投影數據P進行重建以得到伽馬輻射圖像/’，其中，
其中，i = 1，2，…，I，j = 1，2，一,Lpj為所述探測器的第j個像素在所述目標角平面(α, β)各個方向探測到的伽馬光子數量組成的向量，Μ’的第j行、i列的元素，M’表示從所述目標角平面(α，β)的(a” ^i)方向入射的伽馬光子在所述伽馬相機的所述探測器的第j個像素上被探測到的概率； 通過以下期望最大化的統計迭代算法對所述伽馬輻射圖像I’求解:
其中，././"為第η次迭代得到的伽馬輻射圖像中第i個像素的像素估計值，J?=l，i =1，2，…，I。
15.如權利要求14所述的設備，其特征在于，所述注量率分布獲取模塊具體用于: 根據所述伽馬輻射圖像/'獲取所述目標角平面(α，β)各個方向實際入射光子數量的二維角度分布N’(a，e);根據所述實際入射光子數量的二維角度分布N’ (α,0)獲取所述實際入射光子計數率的二維角度分布^㈧^/^其中^為探測從所述目標角平面丨^ β)各個方向入射的伽馬光子的探測時間； 通過以下公式獲取所述伽馬光子的注量率的二維角度分布Φ (Epeak) (α,0):
其中，s為所述探測器的有效探測面積。
16.如權利要求14-15任一項所述的設備，其特征在于，通過以下步驟預先建立入射光子能量Epeak與所述目標角平面(α，β)的預設角度(απ，βη)入射的伽馬光子的探測效率((Epeak) (m, η)
的對應關系: 獲取從所述目標角平面的預設角度(απ，βη)入射到達所述探測器前表面的能量為Eprak的伽馬光子被探測到的第一概率ε det (Epeak) (m, η); 獲取從所述目標角平面的預設角度(απ，βη)入射的伽馬光子穿透所述探測器的準直器到達所述探測器表面的第二概率ε (Epeak) (m，n)； 根據所述第一概率(Epeak)(m，n)和所述第二概率εΜ? (Epeak)(m，n)獲取與所述入射光子能量Epeak對應的伽馬光子的探測效率ζ (Epeak) (m,n)，其中，
((Epeak) (m, n)^ col (Epeak) (m, n) ^ ^ det (Epeak) (m, n) °
【文檔編號】G01T1/08GK104166153SQ201410360002
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】陳思, 高麗蕾, 何峰, 劉亞強, 王石, 劉邁 申請人:北京辛耕普華醫療科技有限公司