[发明专利]一种非完备环状PET旋转扫描模式的GATE仿真方法

说明书

本发明公开了一种非完备环状PET旋转扫描模式的GATE仿真方法，该方法步骤如下：仿真前模型及参数准备，包括GATE平台下建立非完备环状PET几何模型，放射源模型设置，晶体传感器参数设定，探测器单次旋转角度与旋转次数计算与设置，粒子间物理作用设置，模数转换电路参数设置，输出文件格式设置，起始扫描时间、时间片段、总体仿真时间设置；仿真阶段确定探测器初始位置，完成该位置下静态扫描后再对非完备探测器环进行旋转并重复以上扫描，当总体扫描时间达到预先设定值即结束仿真。通过本发明的仿真方法，为少量晶体传感器完成PET设备搭建方案提供了仿真验证，有助于旋转式PET采集模式的优化及设备研发，降低设备制造成本。

技术领域

本发明属于核物理仿真实验领域，尤其涉及了一种针对非完备环状PET旋转扫描模式的GATE仿真方法。

背景技术

近年来，辐射探测技术在工业、农业、医疗卫生、科学研究广泛应用，由于各种功能强大、结构复杂的辐射探测装置和谱仪不断被研究、开发，早期的探测器开发和研究方法已经无法适应需求。各种目前各科研机构和设备开发公司普遍采用计算机模拟辅助探测器的设计，蒙特卡罗方法作为一种随机数方法，与载能粒子在探测器介质中的物理过程相似，因此该方法已成为科研人员和工程师进行探测器辅助设计的重要手段。

正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，简称PET)是当今医学领域尖端水平的成像方法，它基于正电子湮灭原理，能够根据放射示踪剂在生物体组织内的分布状态而无创、定量、动态地评估各种器官的代谢水平、生化反应和功能活动。而随着PET技术的不断发展，其应用领域也不再仅仅局限于医学领域，比如针对植物研究的PET成像仪，工业领域粒子追踪的PET成像设备，都体现出PET成像在各领域的应用价值。正电子湮灭产生的γ光子对有很强的穿透能力，受材料及环境因素影响小，将正电子核素标记到合适的载体如液体、气体或固体颗粒等介质上，注入设备内部，再根据外围的PET设备进行探测成像，可实现工业设备内部被标记粒子的定位。但由于目前医用PET探测环一旦搭建完成，布局很难更改，且整环探测器数目多，硬件复杂，并不能适用于结构复杂多变的工业设备；同时，由于PET传感器价格昂贵，许多处于研究阶段的探测器设计尤其是可行性验证的试验，无法通过PET硬件设备直接展开试验。

发明内容

发明目的：针对以上现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种非完备环状PET旋转扫描模式的GATE仿真方法，提出采用晶体传感器加入旋转扫描完成非完备PET设备搭建方案，传感器对数无限制，使其在工业应用领域更为灵活；通过GATE仿真方法来模拟真实PET设备旋转扫描模式，为旋转式PET设备搭建方案提供了仿真验证及优化参考，为旋转式PET设备研发提供辅助作用。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种非完备环状PET旋转扫描模式的GATE仿真方法，该仿真方法步骤如下：

(1)仿真环境为Linux Ubuntu系统下GATE平台，在平台上建立PET探测器模型，探测器中的传感器对数有多种选择，且呈等间隔环状排布；

(2)将预设数目的放射源模型的二维灰度切片图合并转换为GATE可读取的放射源模型格式，调整模型尺寸，根据像素灰度及GATE材料数据库设置模型的材料分布与核素活度分布的配置文档；

(3)设置晶体传感器参数，确定传感器内部晶体条编号规则；

(4)根据晶体传感器尺寸求解PET探测环旋转参数，根据成像分辨率要求选择单晶体条对应圆心角的整数倍作为旋转步进角度，通过传感器对数及设置的旋转步进角，计算得到探测环完成整个圆周扫描的旋转次数；

(5)对PET探测器中模数转换电路参数、粒子相互作用、输出文件格式进行设置；

(6)设置探测器起始扫描时间，时间片段以及总体扫描时间；