正——反双模编码对时序成像重建图像CNR影响分析

时序编码成像图像重建受噪声影响,导致技术应用受限。为解决这一问题,通过分析时序编码投影成像基本原理,构建源射线分布重建图像质量评价指标:对比度噪声比(CNR)和均方根误差(RMSE);设计M-P双正码与M-P正—反码两种编码板,采用MCNP模拟计算两种编码板对²⁵²Cf进行时序编码成像的投影像相对强度,由MLEM算法进行图像重建获得射线源分布;通过分析两种编码模式重建图像CNR和RMSE受不同强度白噪声的影响,表明M-P正—反码编码板比M-P双正码重建图像的CNR高、RMSE低;并对两种编码模式重建图像CNR和RMSE受FOV场外点源伪影的影响进行分析,表明M-P正—反码编码板比M-P双正码重建图像的CNR高、RMSE高,认为正—反码编码模式在抑制噪声、检测视场外射线源伪影、提高重建图像质量方面具备一定优势,时序编码成像的编码板设计时可优先选择正反码编码模式。     

基于LaBr3(Ce)晶体耦合SiPM阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制

编码孔径成像技术由于探测效率高、信噪比高、角分辨率好、成像质量稳定可靠等优点而广泛应用于核安全、核设施的去污及退役的测量、核医学等领域。建立通过改变编码准直器和探测器之间距离进而实现可变角分辨的伽玛成像系统。整个成像系统主要由编码准直器、位置灵敏探测(position sensitive detector, PSD)、数据采集卡以及图像重建系统组成。该成像系统的编码准直器采用修正均匀冗余阵列(modified uniformly redundant array, MURA)编码方式,为了保障对较高能量射线的探测能力,编码准直器的材料采用含钨量90%的钨铜合金,PSD通过LaBr₃(Ce)晶体耦合SiPM阵列组成,重建算法采用的是直接互卷积算法,快速高效。测试结果显示,整个位置灵敏探测器的平均能量分辨率为4.96%(662 keV);该辐射成像系统可以准确地对Am-241、Cs-137、Co-60进行清晰成像,并通过改变编码准直器和探测器之间的距离成功分辨出两个Cs-137点源的位置。     

编码孔径辐射成像定位技术

随着核物理技术的广泛应用及其辐射防护对放射源的成像需求在不断增加。编码孔径成像定位系统作为一种高精度的放射源成像及定位装置,可以准确定位放射源的位置并重建放射源的大致形状,本文探究编码孔径成像定位中的多种重建算法对具有连续能谱的放射源位置及形状重建效果对比,从而确定不同重建算法的优缺点及其适用的场景。利用Geant4软件对编码孔径成像定位系统进行模拟,得到相关数据再使用δ解码算法、精细采样平衡解码算法、卷积神经网络算法、最大似然最大期望值法（MLEM）进行编程实现并重建放射源的位置。结果表明：4种重建算法都可以清晰地定位到放射源的位置;δ解码算法和精细采样平衡解码算法重建图像有伪影;卷积神经网络算法对于线源、面源重建效果较差,可以通过扩展训练集解决;MLEM算法的对比度-噪声比（CNR）值较高,重建效果较好,但是对线源和面源重建会丢失部分细节信息。     

基于MURA编码孔成像测量Pu部件对称性的数值模拟分析

通过分析MURA编码孔成像技术的原理,实现了MLEM重建算法的源物体图像重建。使用数值模拟方法,分析了413keV单能γ面源的MURA编码板成像全过程,通过对比分析重建源物体分布与实际源物体分布,验证了重建算法及程序的正确性。并通过MNCP程序模拟假想的Pu部件模型,在编码孔成像过程中,像平面上射线投影强度分布、直接重建及简单扣本底重建源物体分布,从而论证了MURA编码孔成像测量Pu部件对称性的可行性。数值模拟结果表明,编码孔成像测量Pu部件对称性与小孔成像相比,在保护敏感信息和提高射线利用效率方面,具备一定的优势。     

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。     

基于模拟点源测量的多针孔SPECT精确迭代重建

高分辨率单光子发射计算机断层成像（SPECT）是临床和小动物影像的重要技术之一。对SPECT的系统传输矩阵进行建模,并结合于迭代重建算法中,是提高系统空间分辨率的有效手段。本文基于实验室自主研发的多针孔小动物SPECT系统,研究了一种蒙特卡罗模拟和解析模型相结合的系统传输矩阵精确计算方法。该方法是基于多点源模拟的投影数据,结合数据再估计方法和高斯拟合方法提取点扩展函数（PSF）特征参数,并结合解析形式的系统物理模型,从而计算任意位置的精确PSF。通过对四点源模拟投影数据分别用纯解析方法和蒙特卡罗模拟与解析模型相结合的方法进行计算,并对所得的系统传输矩阵进行重建对比,验证了蒙特卡罗模拟与解析模型相结合方法对图像分辨率的改善效果。进一步比较了不同点源排列的重建效果,获得了优化的点源排布方案。相对于基于实验方法测量系统传输矩阵,本方法能以更合理的代价实现系统传输矩阵的精确建模,并能有效提高系统空间分辨率。     

编码板成像系统MLEM算法优化

为增强γ辐射编码成像系统中最大似然期望最大化(Maximum Likelihood Expectation Maximization,MLEM)算法对噪声的抑制,提高算法重建质量,基于互补编码板成像相减去除噪声的思想,对原有MLEM算法进行改进,提出了MLEM互补算法,并引入修正因子?对MLEM互补算法的收敛程度进行控制。通过模拟及实验方式验证了MLEM互补算法的有效性,给出了不同情况下MLEM互补算法达到最优值时修正因子?的拟合曲线。结果表明,MLEM互补算法可有效抑制噪声,提高重建图像质量。修正因子?的拟合曲线可以有效确定MLEM算法的最佳?值。     

γ成像数值模拟与初步实验分析

基于Geant4模拟开发平台,对γ成像系统进行了被动式成像数值模拟,并用γ相机对标准密封γ点源进行辐射成像实验,初步分析了便携式γ射线成像系统的成像特点.结果表明:该系统成像效果与源强、距离、时间等密切相关,源强越强,距离越近,清晰成像所需时间也就越短,且可以准确定位γ放射源,精确热点分布定位.     

康普顿相机的GEANT4模拟与反投影图像重建

模拟构建了双层康普顿相机,利用康普顿散射原理,获取γ光子在两层探测器发生散射前后沉积的能量和位置信息,通过一定算法进行图像重建,获得放射源位置信息。该相机具有灵敏度高、体积小、应用范围广等优点。通过蒙特卡罗方法模拟了具有双层条状结构位置灵敏探测器(散射探测器、吸收探测器)组成的康普顿相机,其两层探测器分别由Si和Ge材料构成。利用反投影图像重建算法实现了放射源图像重建,当单点源与探测器距离为40 mm时,成像的效率为0.38%,位置分辨率达到8.0 mm,角分辨率达到3°。对于不同位置和不同个数点源的情况下,检验了反投影重建算法在康普顿相机放射源空间重建中的效果。     

闪光照相X源光斑编码孔成像诊断可行性研究

X源光斑形状和强度分布是高能闪光照相图像反演时必需的定解条件,需高精度的测量,但目前缺少成熟的方法应用于成像时诊断对应的X源光斑。本文通过蒙特卡罗程序直接模拟及图像重建,验证了对有能量和角度分布、有散射等干扰的实际X源,由其编码图像可重建出源的强度空间分布信息,且具有较高精度。采用编码孔成像方法,在闪光照相实验的同时伴随X源光斑的特征检测是可行的,可提高闪光照相图像反演精度。     

近场编码孔径成像的数据校正

介绍了修正的均匀冗余阵列(MURA)编码孔径成像及其图象重建的基本原理.从理论上分析和探讨了编码孔径应用在近场核医学成像时,cos3 θ项带来的近场效应及其校正方法,并通过计算机模拟实验验证了这种矫正方法的正确性和可靠性.     

MURA编码板γ相机探测器模拟研究

用Geant4软件对γ相机探测器的成像原理进行模拟,γ相机探测器主要由准直器和探测单元构成,模拟得到放射源的响应矩阵,通过精细采样算法和δ解码算法进行图像重建。分别模拟了不同形态放射源在不同位置、不同距离、不同角度的成像情况,研究了编码板的偏移和尺寸变化对成像的影响。     

基于康普顿成像系统的碳离子治疗剂量监测研究

为实现碳离子治疗的精准放疗,精确监测患者体内的三维剂量分布,本文设计一种双层康普顿成像系统和简单反投影算法,利用Geant4仿真软件优化探测系统的结构,评估探测系统的探测效率、成像性能,分析200 MeV/μ的碳离子束轰击有机玻璃（PMMA）靶的三维剂量分布。此外,还使用四对像素1.5 mm×1.5 mm×10.0 mm、12×12阵列型的硅酸钇镥（LYSO）晶体对直径约为3 mm的²²Na点源进行康普顿成像实验,并对影响三维剂量监测精度因素进行分析。结果表明,对于0.847 MeV的γ点源,重建图像在横截面上半高宽（FWHM）增加至2.38 mm、冠状面上扩展至7.02 mm。康普顿成像系统通过探测碳离子束轰击PMMA靶产生的4.439 MeV瞬发γ射线,重建的三维剂量分布与真实三维剂量分布偏差为9.3%。利用LYSO康普顿成像系统样机的²²Na点源成像实验,得到半高宽为4.05 mm的重建图像,验证了康普顿成像方法的实用性。     

OSEM算法在编码板成像中的应用

为提高γ辐射编码成像中MLEM算法在图像重建时的速度及质量,论文基于核医学ECT图像重建中的OSEM算法思想在图像重建时对编码成像所得投影数据进行分组,并采用精细采样平衡相关法的重建结果作为初值进行迭代。通过实验对该算法进行验证。实验表明:OSEM算法可以有效提高收敛速度,改善重建图像质量。在γ辐射编码成像中采用OSEM算法是有效且可行的。     

NaI(Tl)对环状γ射线源的光电峰效率及γ射线在环状样品中自吸收的测量

本文叙述了用点源刻度光电峰效率同空间位置的关系,用函数形式描写这种关系,通过对特定几何形状的积分可计算该种形状源的效率,方法不受源形状、大小的限制。并给出环状几何源效率计算的近似表达式。用点源测量环状样品内不同位置的强度变化,给出函数形式,从而导出样品对γ射线自吸收的修正公式。此法且不受样品元素的限制。     

一个用于多重示踪技术的康普顿成像装置

提出了一个由位置灵敏高纯锗探测器组成、用于多重示踪技术的康普顿成像装置.简要介绍了康普顿成像系统的工作原理以及影响其空间分辨率的各种因素.用蒙特卡洛方法模拟了所提出的康普顿成像装置对处于不同位置、发射不同能量γ射线的点源可达到的效率和空间分辨率.用现有的2个多单元高纯锗探测器进行了三个点源成像实验,证明所提出的康普顿成像装置适用于多重示踪技术.     

一个用于多重示踪技术的康普顿成像装置

提出了一个由位置灵敏度高纯锗探测器组成、用于多重示踪技术的康普顿成像装置。简要介绍了康普顿成像系统的工作原理以及影响其空间分辨率的各种因素。用蒙特卡洛方法模拟了所提出的康普顿成像装置对处于不同位置、发射不同能量γ射线的点源可达到的效率和空间分辨率。用现有的2个多单元高纯锗探测器进行了三个点源成像实验,证明所提出的康普顿成像装置适用于多重示踪技术。     

线扫描探测器位移的测量

介绍了基于光学编码的线位移测量系统.系统由位移编码、光学成像和位移读出三个部分组成,位移读出包括光电转换器件(线阵CCD)及其外围电路(CCD驱动电路)、二级放大电路、巴特沃斯二阶低通滤波电路和二值化电路.介绍了编码方式,给出了各个电路的实验信号波形,给出了系统的线性实验测试结果,实验结果令人满意.     

基于γ图像重建放射源三维几何形状的模拟研究

准确评估待检测对象内放射性物质的几何形状,在核设施退役和核安全等方面都具有重要的意义。利用MCNP模拟屏蔽体内不同几何形状的体源,针孔γ相机围绕被探测区域获取投影数据。根据针孔成像的机理,建立系数矩阵,并通过最大似然期望最大(MLEM)算法重建体源的三维位置和形状分布。模拟数据结果表明:该方法可准确地重建出放射性体源的三维位置和形状分布,体源在三维方向上形状的尺寸偏差不大于10%。     

静态CT行包安检系统关键技术研究

本文介绍了安检用静态CT技术的基本原理,对基于超顺排碳纳米管技术的冷阴极X射线源、基于光子计数技术的多能谱X射线成像技术和安检用静态CT系统图像重建算法等进行了研究。冷阴极X射线源由基于超顺排碳纳米管技术的冷阴极X射线管、两套高压系统和1个控制系统组成,在130 kV以下可稳定工作。研制并测试了一款具有三能谱成像功能的光子计数型X射线探测器系统。对安检用静态CT系统图像重建算法进行了讨论,提出了一种解决方法。安检用静态CT系统关键技术的研究为安检用静态CT系统的研制提供了技术基础。