一种大视野放射源定位系统和方法

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术领域，特别涉及一种大视野放射源定位系统和方法。

背景技术

随着核科学与技术的快速发展，核能被广泛应用于工业、农业、医疗、国防等领域。随之也存在放射源管理不当、丢失和被盗等问题。出于对生态环境保护和人体健康安全的考虑，在出现放射源泄露、丢失或被盗情况时，能快速、准确探测和定位放射源，具有极其重要的意义。

带有准直器的γ相机为放射源搜寻增加了方位信息，但是准直器也限制了探测器的成像视野。可以通过直接增大探测器的面积来扩大系统的成像视野，但会导致整个系统体积增大，笨重不易携带。而电子准直的康普顿相机虽然具有较大视野，但是价格昂贵，难以大规模使用。

发明内容

本发明提供了一种大视野放射源定位系统和方法，以解决带有准直器的放射源探测系统的成像视野受限的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种大视野放射源定位系统，包括：一个主伽马成像探测器、多个侧边伽马成像探测器、多个侧边屏蔽层和一个准直器；其中，

所述多个侧边屏蔽层环绕所述主伽马成像探测器设置，在所述主伽马成像探测器的外侧围成一筒状屏蔽结构；所述准直器和所述主伽马成像探测器分别位于所述筒状屏蔽结构的两端；所述侧边伽马成像探测器与所述主伽马成像探测器相邻，每一所述侧边伽马成像探测器分别设置在所述筒状屏蔽结构的内侧壁上，所述多个侧边伽马成像探测器环绕所述主伽马成像探测器设置，在所述主伽马成像探测器的外侧围成一筒状伽马成像探测结构；

通过所述准直器入射的伽马射线入射到所述主伽马成像探测器或所述侧边伽马成像探测器上；所述主伽马成像探测器和所述侧边伽马成像探测器用于捕获不同视野范围内通过所述准直器进入定位系统的伽马射线的入射信息，并基于所述入射信息进行成像和图像重建，通过重建的图像得到放射源的位置信息。

进一步地，所述主伽马成像探测器和所述侧边伽马成像探测器分别包括图像重建模块；所述系统还包括定位模块；

所述图像重建模块用于：

对放射源通过所述准直器所成的像，采用预设的图像重建算法进行重建；其中，所述主伽马成像探测器和侧边伽马成像探测器分别对应不同的视野范围；

所述定位模块用于：

获取所述重建模块输出的重建图像，根据重建图像来源判断放射源方位。

可选地，所述准直器为单针孔准直器、编码孔准直器、多针孔准直器以及编码板中的任意一种。

可选地，所述准直器为单针孔准直器；其中，所述单针孔的孔型为锥形，孔径为1mm，针孔张角为30°，孔道长度为5mm。

进一步地，所述侧边屏蔽层的材质为密度不小于7g/cm3的材料。

进一步地，每一所述侧边屏蔽层分别为长方体结构，并且具有预设厚度；且所述侧边屏蔽层设置有所述侧边伽马成像探测器的一侧的面积大于所述侧边伽马成像探测器的表面积。

可选地，所述主伽马成像探测器为闪烁体探测器或半导体探测器。

可选地，所述侧边伽马成像探测器为闪烁体探测器或半导体探测器。

可选地，所述图像重建模块所使用的预设的图像重建算法为统计重建算法或迭代重建算法。

另一方面，本发明还提供了一种采用上述大视野放射源定位系统实现的放射源定位方法，该放射源定位方法包括：

将所述准直器对准需要搜索的区域，通过所述准直器进行成像；

根据成像位置所属的伽马成像探测器确定放射源的方位信息。

本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明通过增加多个侧边伽马成像探测器，可以使更大范围内的射线进入探测系统并被探测到，从而增加了探测系统的成像视野；而且，由于探测器的位置设计对探测系统的整体体积影响不大，因此，在同等成像视野条件下，本发明的方案可以使探测系统体积更小，重量更轻，从而便于手持和机载等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的大视野放射源定位系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的大视野放射源定位系统的视野扩大效果示意图。

附图标记说明：

1、准直器；

2、侧边屏蔽层；

3、主伽马成像探测器；

4、侧边伽马成像探测器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本实施例提供了一种大视野放射源定位系统，如图1所示，包括：准直器1、多个侧边屏蔽层2、主伽马成像探测器3和多个侧边伽马成像探测器4；其中，

所述多个侧边屏蔽层2环绕所述主伽马成像探测器3设置，在所述主伽马成像探测器3的外侧围成一筒状屏蔽结构；所述准直器1和所述主伽马成像探测器3分别位于所述筒状屏蔽结构的两端；所述侧边伽马成像探测器4与所述主伽马成像探测器3相邻，每一所述侧边伽马成像探测器4分别设置在所述筒状屏蔽结构的内侧壁上，多个侧边伽马成像探测器4环绕所述主伽马成像探测器3设置，在所述主伽马成像探测器3的外侧围成一筒状伽马成像探测结构；

通过所述准直器1入射的伽马射线入射到所述主伽马成像探测器3或所述侧边伽马成像探测器4上；所述主伽马成像探测器3和各所述侧边伽马成像探测器4分别用于捕获不同视野范围内通过所述准直器1进入定位系统的伽马射线的入射信息，并基于捕获的所述入射信息进行放射源成像和图像重建，进而通过重建的图像得到放射源的位置信息。

具体地，在一可选的实施方式中，可以在每一所述侧边屏蔽层2的内侧分别设置一个与所述主伽马成像探测器3相邻的侧边伽马成像探测器4，从而使得通过所述准直器1进入探测系统的入射射线更多的入射到伽马成像探测器上，增大整个探测系统的视野。其中，各伽马成像探测器分布位置的设计目的在于在不增大系统体积的情况下，增大系统可探测的范围，扩大视野，多个侧边伽马成像探测器4探测到的范围即为相比传统探测系统增加的视野，如图2所示。

进一步地，所述主伽马成像探测器3和所述侧边伽马成像探测器4分别包括图像重建模块；所述系统还包括定位模块；其中，所述图像重建模块用于：对放射源通过所述准直器1所成的像，采用预设的图像重建算法进行重建；所述主伽马成像探测器3和各侧边伽马成像探测器4分别对应不同的视野范围；

所述定位模块用于：根据各个伽马成像探测器上的接收的入射信息得到各个伽马成像探测器各自的重建图像，进而判断放射源方位。

其中，所述准直器1可以为单针孔准直器、编码孔准直器、多针孔准直器以及编码板中的任意一种。具体地，本实施例中的准直器1为采用钨合金材料的单针孔准直器，孔型为锥形，孔径为1mm，针孔张角为30°，孔道长度为5mm。

其中，所述侧边屏蔽层2的材质为密度不小于7g/cm3的材料，例如铅、钨、铁及其合金，当然也可以为其他密度较大的材料。而且所述侧边屏蔽层2为长方体结构，并且具有一定厚度；且所述侧边屏蔽层2设置有所述侧边伽马成像探测器4的一侧的面积大于所述侧边伽马成像探测器4的表面积。具体地，本实施例中侧边屏蔽层2的材料选择为钨合金，厚度为10mm。

其中，所述主伽马成像探测器3和所述侧边伽马成像探测器4均为位置灵敏探测器。可选地，所述主伽马成像探测器3和所述侧边伽马成像探测器4分别为闪烁体探测器或半导体探测器。其中，所述闪烁体探测器为晶体一端耦合位置灵敏光电器件阵列。所述主伽马成像探测器3和所述侧边伽马成像探测器4的材料、大小可相同也可不同。具体地，在本实施例中，所述主伽马成像探测器3和各所述侧边伽马成像探测器4均选用22×22的NaI(Tl)晶体阵列，晶体大小为22mm×22mm×2mm，晶体一端耦合位置灵敏光电倍增管(PS-PMT)，由后续的位置电路读出信号，并通过局部重心法计算读出的位置。

其中，所述图像重建模块所使用的预设的图像重建算法为统计重建算法或迭代重建算法。具体地，在本实施例中，所述图像重建模块采用的图像重建算法为最大似然期望最大化算法。

相应地，本实施例还提供一种利用上述大视野放射源定位系统的定位方法，所述定位方法包括：

将上述大视野放射源定位系统对准需要搜索的区域，通过准直器1进行成像，根据成像位置所属的探测器确定放射源的方位信息，具体地，在本实施例中，所成像的中心与准直器1中心的连线即为放射源的方位。准直器1在不同探测器上所成的像对应不同的视野范围，多个侧边伽马成像探测器4对应的视野即为扩大的视野范围，视野范围扩大效果如图2所示。

综上，本实施例通过增加多个侧边伽马成像探测器，可以使更大范围内的射线进入探测系统并被探测到，从而增加了探测系统的成像视野；而且，由于探测器的位置设计对系统的整体体积影响不大，因此，在同等成像视野条件下，本发明的方案可以使探测系统体积更小，重量更轻，从而便于手持和机载等。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

还需要说明的是，以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。