康普顿成像系统角分辨影响因素的理论及模拟研究

为了对康普顿成像系统的结构设计提供参考,本文提出了一种理论与模拟计算相结合的对双层位置灵敏CZT晶体组成的康普顿成像系统散射角误差进行估算的方法,并利用该方法对康普顿成像系统散射角误差进行了研究。结果表明,对662 keV、1.33 MeV和2 MeV的入射光子,该成像系统的康普顿散射角误差分别为5.54°、4.82°和4.52°,散射角误差主要来自于探测系统位置分辨本领和能量分辨本领,探测材料多普勒效应引起的角误差相对较小。合理地限制康普顿散射角范围可有效改善成像系统角分辨能力,优化成像效果。

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 。

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^(22)Na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^(22)Na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。

康普顿散射成像图像重建算法综述

康普顿散射成像技术因其灵活的系统结构、较低的辐射剂量而广泛应用于传统透射成像技术无法应用的场合,受到研究者的关注。图像重建算法是康普顿散射成像技术的核心,直接决定着重建图像的质量。本文从康普顿散射成像的正向模型讲起,分别对解析和迭代两种重建算法进行了介绍,着重对解析重建算法中的圆弧Radon变换模型和迭代算法中正则化过程中引入的全变分最小化方法进行了阐述和分析。最后,对康普顿散射成像重建算法存在的问题及发展趋势进行了总结。

大型物体前向康普顿散射成像的若干模拟计算结果

在现有的康普顿散射成像技术中 ,如何对大型物体进行成像的问题始终没有得到充分解决。曾提出利用小角度前向散射原理成像的方法 ,利用该方法进行了若干次模拟计算 ,并对结果进行了分析。

康普顿散射在材料无损评价中的应用前景

康普顿散射是X射线(或γ射线)与物质发生相互作用时波长变长的散射,也称不相干散射.研究表明,散射线的波长随散射角的变化而有规律的变化,其散射强度和被散射体的原子序数和电子密度有关.介绍了康普顿散射在密度测量、厚度测量方面的应用,讨论了利用康普顿散射成像来进行缺陷检测等方面的问题,同时介绍了康普顿散射在安全检测、医药技术、食品加工等其他领域的应用.展望了康普顿散射在材料无损评价中的应用前景.

结合透射CT的康普顿背散射图像重建

在康普顿散射成像(CST)技术中可以结合透射成像重建出衰减系数来消除散射重建的非线性,但这样得到的投影矩阵带有误差。而CST重建问题的不适定性对噪声和投影矩阵的误差非常敏感,重建结果会有较大误差。针对此问题,基于压缩感知理论提出了一种新的CST重建算法。新方法将图像重建问题归结为一个图像的全变分(TV)最小化问题,并使用收敛速度较快的基于交替方向法的Split-Bregman方法进行求解。在仿真实验中,通过与代数重建技术(ART)进行比较,在测量数据充足和测量数据不足两种情况下,本文算法都具有更好的重建质量,证明了所提算法在重建精度和抗噪性能方面的优势。

质子和重离子治疗在线监测成像技术的研究进展

不同于传统的高能电子线和光子线治疗,质子/重离子治疗利用重带电粒子与物质作用的布拉格曲线特性,将主要能量沉积在癌变组织上,从而最大限度地保护正常组织和器官。由于质子/重离子在治疗过程中的射程和剂量存在不确定性,因而对其射程和剂量的监测和验证尤为重要。治疗过程中质子/重离子与组织相互作用能够释放出正电子和瞬发γ光子。对这些粒子进行探测成像可实时反映质子/重离子的能量沉积情况。目前在线监测成像技术尚处在研究和初步临床试验阶段,其中主要的3种技术包括:in-beam PET、准直单光子成像和康普顿散射成像。本文介绍这3种技术的原理、优缺点和研究进展,并对质子/重离子治疗在线监测成像技术的发展方向进行展望。

X射线康普顿散射成像技术的研究与应用

本文结合X射线安全检查设备应用的现实情况,阐述了X射线康普顿散射成像原理和特点,并就相关成像设备的应用领域进行了介绍和分析。

宽能域γ成像探测器仿真设计及性能评价

康普顿成像是直观感知核辐射的探测技术之一,但因受限于探测器体积和成像事例的类型,能量范围通常为0.3~3 MeV,难以在对天然核素γ成像的基础上同时兼顾能量分布在3~7 MeV的瞬发γ成像应用.覆盖0.3~7 MeV范围的宽能域γ成像是扩展核辐射探测与成像应用领域的重要发展方向之一,基于两次散射的三层探测器结构是一种极具潜力的实现方案,其中探测器的设计与构建是该方案的基础与关键核心.考虑系统成本和扩展灵活性等因素,本文选用硅光电倍增管(SiPM)阵列和钆镓铝石榴石(GAGG:Ce)阵列作为探测器材料.根据三层探测器的成像事例要求,分析每层探测器内的作用事例类型特征;并基于Geant4蒙特卡罗模拟平台构建包含材料光学参数的仿真模型,通过设置物理过程与两种信息提取方式,对比研究了不同几何参数情形下的探测器位置散点图和探测器内作用事例类型统计结果.根据仿真设计,制备了由像素数为15×15,像素大小为3.2 mm×3.2 mm,厚度分别为3和10 mm的GAGG阵列和1.25 mm厚度光导组成的两种规格SiPM探测器模块,并基于电子学读出系统评估了探测器模块的性能.结果表明, 3 mm厚度的散射探测器与10 mm厚度的吸收探测器均可清晰分辨15×15像素上的作用位置,平均峰谷比分别为9.77和11.85;全部像素的662 keV平均能量分辨率分别可达7.21%和8.35%,具有较好的位置与能量分辨能力.本文所建立的仿真模型,分析结果以及所研制的探测器模块,为三层探测器系统构建提供了重要依据,并为实现宽能域γ成像奠定了科学技术基础.

基于全变分最小化和交替方向法的康普顿散射成像重建算法

康普顿散射成像技术利用射线与物质作用后的散射光子信息对物质的电子密度进行成像.与传统的透射成像方式相比,康普顿散射成像具有系统结构灵活、成像对比度高、辐射剂量低等优势,在无损检测、医疗诊断、安全检查等领域有着广阔的应用前景.但其重建问题是一个非线性的逆问题,通常是不适定的,其解对噪声和测量误差非常敏感.为解决此问题,本文结合全变分最小化正则化方法和交替方向法提出了一种新的康普顿散射成像重建算法.该算法首先将问题对应的TV模型转化为与之等价的带约束的优化问题,然后利用增广拉格朗日乘子法将优化问题分解为两个具有解析解的子问题,并通过交替求解子问题使增广拉格朗日函数达到最小,进而得到重建的图像.在仿真实验中,通过与主流的ASD-POCS方法进行对比,证明了该算法在重建精度和重建效率方面的优势.

导线线圈的射线层析检测

本文选用不同的方法对两个导线线圈进行了射线检测,主要采用透射式工业CT检测和康普顿背散射成像检测两种射线层析检测方法,有效检测了导线线圈内部的缺陷情况,并指出射线层析检测作为一项新技术和新手段,可充分应用在航天产品的无损检测中。

射线检测在复合材料无损检测中的应用研究

本文围绕射线检测技术的原理、种类、优缺点进行了介绍,并对复合材料的特点、无损检测的基本原理及相关特性加以梳理,然后在此基础上,就射线照相技术、工业CT技术、康普顿背散射成像检测技术在树脂基复合材料无损检测中的具体应用展开分析,对X射线照相检测法、X射线射线实时成像法、计算机断层扫描法三种常见射线检测技术在复合材料无损检测中的应用流程进行回顾,以供参考。