高分辨率小动物SPECT成像系统的设计与性能评估

为实现低成本、高分辨率的小动物单光子发射断层成像(SPECT),设计了一种基于临床探测器和针孔准直器的小动物SPECT成像系统。综合考虑视野尺寸、空间分辨率和绝对探测效率等指标,分别给出了单针孔和七针孔准直器的两种最优化设计方案,并通过对比两种设计方案在全视野范围内的平均空间分辨率和探测效率,对成像性能进行了评估。结果表明,与单孔准直器相比采用七针孔准直器设计可同时获得更高的空间分辨率和探测效率。经蒙特卡罗模拟成像实验验证,该七针孔准直器在临床探测器上可达0.5mm级的超高空间分辨率,且成本远低于采用专用探测器的现有小动物SPECT系统。     

X射线源针孔成像系统优化设计研究

为提高X射线源针孔成像系统的性能,对成像能区为10~100 keV的X射线源针孔成像系统进行了优化设计研究。综合应用了理论分析和蒙特卡罗模拟的方法,首先根据X射线波长、准直器角响应和X射线穿透效应对针孔成像的不同影响结果设计了可有效控制成像分辨率和成像面积变化的船底型准直器,随后用蒙特卡罗方法对使用该准直器的针孔成像系统进行了模拟验证。结果表明,对于100 keV以下的X射线,经船底型准直器后,成像的空间分辨率和亮斑亮度较稳定,能得到相对准确的X射线源定位、定量信息。     

高分辨micro-SPECT成像系统针孔准直器的优化设计

为了最大限度地减少γ射线在针孔准直器上的透射和散射效应,采用蒙特卡罗方法对单光子发射计算机断层(SPECT)成像系统使用的针孔准直器进行优化.模拟计算结果与实验测试得到的系统灵敏度和空间分辨率曲线相符,达到了高分辨小动物成像的要求.     

区域γ辐射定向监测仪准直器的设计

为区域γ辐射分布定向监测实验相机系统设计了一个针孔准直器。应用针孔准直器的解析公式,根据探测器内在分辨率和实验相机系统的预期分辨率,考虑探测器尺寸,确定了相机的焦距及准直器的张角;然后根据预期角分辨率计算有效孔径,得出孔径和孔深的范围;再利用蒙特卡罗方法模拟面源入射,在各种孔径和孔深组合中,挑选出透射和散射光子份额最小的组为最优组,对应孔径和孔深参数即为最优参数。     

用于中子单色器镶嵌分布测量的γ衍射源设计

用γ衍射法测量中子单色器镶嵌角分布,要求γ入射束具有强度大、单能性好、发散度小等特点。为了满足上述要求,须对γ射线源(金材料)的形状和尺寸进行设计。本工作通过分析束流强度、束流发散度与束斑形状的关系,给出了金材料的矩形设计方案;通过蒙特卡罗计算,分析γ自吸收和γ康普顿散射在不同厚度下分别对束流密度和单能性的影响,给出矩形金材料在x、y、z3个方向的尺寸分别为0.6、6和10mm。用所设计的金材料制成γ源,成功实现了用γ衍射法对Ge单晶中子单色器镶嵌分布的测量。     

MURA编码辐射成像系统的解码方法

近年来,随着核辐射成像技术的发展及应用的需求,核辐射成像设备在高灵敏度、高分辨率、高信噪比以及携带方便等方面受到越来越多的关注,编码孔径准直器代替传统的平行孔和针孔准直器顺应了这种发展趋势,成为核辐射成像领域的研究热点。本文主要介绍一种新型便携式辐射成像探测系统中修正均匀冗余阵列(Modified Uniformly Redundant Arrays,MURA)编码孔径准直器的成像方法,研究其解码过程、校正方法和解码矩阵的算法:δ解码算法和精细采样平衡解码算法。在MATLAB环境下对两种解码算法进行了对比仿真,并对单个放射源与多个放射源情况分别进行了图像重建实验。实验结果表明,精细采样算法要比δ解码算法更能使成像系统对单源或多源进行清晰成像。     

基于DP310采集卡的数字化n-γ甄别

以DP310数据采集卡为基础,对液体闪烁探测器BC501A的输出信号进行了数字化n-γ甄别研究。分别采集了探测器阳极以及经放大器ORTEC460的信号,采用电荷比较法和上升时间法对探测器的n-γ甄别能力进行了研究。研究结果表明：采用上升时间甄别方法时,采样频率越高,甄别能力越强,当上升时间的选取区间为脉冲幅度的10%～80%时,其甄别能力最强;采用电荷比较法时,当快成分积分时间为25ns时,n-γ脉冲甄别能力最强,其M因子为1.56。     

多通道平行束准直器灵敏度补偿性能

点源扩展函数PSF作为SPECT成像的一个重要参考,反映出相应准直器灵敏度和空间分辨率等的特性。本文在多通道平行束准直器MPB的几何框架下进行物理模型构建,解释了由探测器晶体厚度引起的PSF变化以及基于该变化进行的公式修正,指出了不利的因素,其结果与蒙特卡罗模拟基本吻合。在PSF基础上,结合蒙特卡洛模拟,指出了在准直器的拉伸过程中,斜平行束部分OPB的灵敏度变化特性和对准直器的补偿作用;通过两点源逐渐接近的过程,并与高灵敏度平行束准直器HSPB对比,指出MPB准直器在保持高灵敏度下,还能有高空间分辨率的原理,提出了一种设计高灵敏度和高空间分辨率准直器的方法。     

基于硅酸盐钆掺杂的紧凑热中子准直器仿真模拟及性能研究

在核安保管理中,基于中子发生器的热中子成像技术可对被屏蔽核材料进行无损检测成像。为提高成像质量,需对慢化后的中子进行准直。本文使用蒙特卡罗软件Geant4对一种基于硅酸盐钆掺杂的紧凑中子准直器进行了理论建模,对该准直器的热中子透过率和准直率进行了模拟计算,计算结果将用于指导后续的核材料中子成像系统构建。     

材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪径向准直器的设计

为设计材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪的径向准直器,实现大型工程构件的远距离准确取样,本文分析了径向准直器的实空间和相空间取样原理,介绍了目前径向准直器取样体积的解析与模拟计算方法,并利用0.2 mm尼龙线测试了德国E3残余应力谱仪径向准直器的取样尺寸,基于实验结果确定了采用JRR3解析方法作为径向准直器取样尺寸的计算依据。根据解析计算结果,研究了设计参数对径向准直器取样尺寸和传输效率的影响规律,并按照谱仪的空间几何结构,最终设计了谱仪1、2、3、4、5 mm径向准直器取样系统。     

材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪径向准直器的设计

为设计材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪的径向准直器,实现大型工程构件的远距离准确取样,本文分析了径向准直器的实空间和相空间取样原理,介绍了目前径向准直器取样体积的解析与模拟计算方法,并利用0.2 mm尼龙线测试了德国E3残余应力谱仪径向准直器的取样尺寸,基于实验结果确定了采用JRR3解析方法作为径向准直器取样尺寸的计算依据。根据解析计算结果,研究了设计参数对径向准直器取样尺寸和传输效率的影响规律,并按照谱仪的空间几何结构,最终设计了谱仪1、2、3、4、5 mm径向准直器取样系统。     

中国散裂中子源通用粉末衍射仪准直器腔体设计

准直器作为降低谱仪本底的关键设备,在中国散裂中子源谱仪建设中非常重要。本文选用7A09铝合金作为窗体材料对准直器腔体进行真空密封;综合考虑中子透过率及窗体机械性能的要求,参考中子飞行轨道的几何约束,利用有限元模拟和解析计算相互验证的方法给出了放射状粗糙准直器的密封窗口结构。对准直器腔体同样采用有限元模拟和解析计算两种方法进行设计,给出了真空条件下的设计结果。     

伴随粒子法瞬发γ能谱测量技术研究

采用伴随α粒子符合方法测量了水、石墨、液氮样品的16O、12C、14N核素以及硝铵、三聚氰胺、尿素和模拟样品的D-T中子作用的非弹瞬发γ谱,利用反卷积对化合物的脉冲幅度谱进行了解谱,实验获得的元素份额与其化学成分比在10%内相符。     

X射线源针孔成像方法可行性研究

为检验利用针孔成像对X射线源进行研究的可行性，对X射线针孔成像系统进行优化设计，搭建了1套X射线源针孔成像装置。从理论上对X射线源的位置和强度发生变化时图像的相应变化进行了计算和预估，并用实验加以验证。结果表明，像斑中心位置的移动和像斑灰度值的变化分别与X射线源位置和强度的变化在一定范围内存在线性关系，由此证明了利用针孔成像对X射线源进行空间定位及定量研究的可行性。本文结果对X射线源针孔成像的系统设计具有参考意义。     

γ辐照对空间用光学玻璃透射率的影响

利用60Coγ射线对熔融石英、重火石和镧冕玻璃进行辐照,研究其光学透射率的变化及其在空间光学系统中的适用性。辐照后测试光学玻璃的透射率,光谱范围为400～1100nm。测量结果表明,除熔融石英玻璃外,其它玻璃的可见光透射率辐照后均下降。尽管重火石和镧冕玻璃光学透射率在辐照前相似,但辐照后的透射率损耗则不同,镧冕玻璃抗辐射能力更强。对于重火石和镧冕玻璃,未镀膜样品较镀防反射膜样品的抗辐射能力强。研究中观测到,当达到一定辐射剂量后,玻璃材料的透射率不再继续衰减而趋于稳定。这些结果为空间光学系统针对辐射进行冗余设计提供了依据。     

镝活化法测量低产额脉冲中子

设计一个快中子聚乙烯慢化体，用来慢化加速器的d-T和d-D中子，利用¹⁶⁴Dy(n,γ)¹⁶⁵Dy^m在热中子区极高的反应截面，得到半衰期为75s的¹⁶⁵Dy^m，使用HPGe探测器测量¹⁶⁵Dy^m放出的γ射线。由于测得的γ射线与加速器的中子产额成一定比例，故通过这种方法可测量脉冲中子源的中子产额。     

γ射线扫描装置新型准直器设计

准直器是γ射线扫描装置的重要组成部分,为了拓宽其量程,设计了一种新型准直器。利用MC法模拟计算了填充介质分别为空气、水、混凝土时,不同能量γ射线在新型准直器调节下的探测效率。通过与传统方法的对比研究,发现新型准直器对不同能量γ射线的调节效果基本一致,解决了低能γ射线难以穿透屏蔽块造成某些低能核素的活度难以被准确测量的问题。研究结果表明,采用新型准直器可以将γ射线扫描装置的量程扩大4倍左右。     

一种测量~(241)Am溶液比活度的方法

根据符合法原理,利用4πα+4πγ活度测量标准装置,采用改变γ探测效率的方法,外推测量241Am溶液的比活度,解决了电离室测量α源时需进行的自吸收和反散射系数校正问题。双4π-γ效率外推法通过调整测量装置升降机高度来改变NaI(Tl)探测器对放射源所张的立体角,从而达到改变γ探测效率的目的,进而通过γ效率拟合外推得到放射源的活度。经过对两种241Am溶液20多个源的测量,测量结果与2πα屏栅电离室活度测量结果在不确定度范围内符合一致,且其测量不确定度降到了0.4%以内。     

基于单管γ相机的SPECT系统的Monte Carlo研究

借助于Monte Carlo模似,仔细研究了基于单管γ相机的小型SPECT系统对特定活度分布的源响应特性。揭示了断层成像质量（空间分辨率、对比度）对系统准直器参数、角度采样频数的变化规律。     

用系统均匀性检测准直器质量

目的;用系统均匀性指标检测准直器的质量。材料和方法：同型号低能通用及同型号低能高分辨平行孔准直器各4只,用NEMA标准（1994）中固有泛源均匀性的方法分别测试带准直器的系统均匀性,同时测试系统空间分辨率及灵敏度,对测试结果进行比较和分析,结果：同一型号准直器的系统空间分辨率与灵敏度两项指标基本接近,而均匀性指标存在较大差异（当部分准直器存在质量问题时）,其中系统积分和微分均匀性分别超过6%和3%的3只准直器被证实存在质量问题,结论：均匀性测试定量和定性地反映准直器的性能。能有效地反映准直器的质量问题。