[发明专利]一种闪烁体阵列探测器及康普顿散射成像中三维位置分辨的方法

说明书

本发明公开了一种闪烁体阵列探测器及康普顿散射成像中三维位置分辨的方法，其步骤包括：1)将伽玛光子入射到闪烁体阵列探测器；2)根据发生响应的光探测器像素在其所在光探测器阵列中的编号确定伽玛光子在闪烁体阵列中作用位置的二维坐标信息(X，Y)；3)根据发生响应的光探测器输出信号(X₁、X₂)的幅度比f＝X₁/(X₁+X₂)和查找表来确定伽玛光子在闪烁体阵列中作用位置的第三维坐标信息Z，得到伽玛光子作用位置的三维坐标(X，Y，Z)；其中，X₁、X₂为伽玛光子作用在闪烁体条探测单元i时对应的顶面、底面光探测器输出信号。本发明提高了康普顿相机的探测效率和对核辐射热点的成像精度。

技术领域

本发明属于核辐射探测及核技术应用领域，特别是涉及一种闪烁体阵列探测器及康普顿散射成像中三维位置分辨的方法。

背景技术

在核辐射探测领域，核监控、核安保和核应急等应用场合需要得到环境中核辐射热点的分布情况。目前，测量核辐射热点主要有两种技术手段：一是通过剂量仪、伽玛谱仪等给出测量点的核辐射信息(包括能谱、剂量等)，这种方法通常需要近距离扫描才能确定核辐射热点的位置；二是通过伽玛相机(包括小孔相机、编码孔相机、康普顿相机等)给出核辐射热点分布情况的二维图像，这种方法具有测量距离远、效果直观的优势，同时可大幅降低操作人员所受照射剂量。

康普顿相机是基于入射伽玛光子在探测器中发生康普顿散射的原理，对伽玛射线来源的方向进行定位重建的核辐射探测设备，具有视野范围宽、能量范围广、体积紧凑等优势，在天文学、核医学和核安全中取得了广泛的应用。根据康普顿散射的成像原理，康普顿相机通常包含两层探测器，入射伽玛光子在第一层探测器中发生散射，散射光子被第二层探测器完全吸收，根据两次作用的位置和沉积能量信息，能够在成像空间中重建出一个假想的圆锥，入射伽玛光子的方向即在该圆锥面上。由多个伽玛光子的散射形成的多个圆锥会在成像空间中交叠，交叠位置即为核辐射热点的位置。

这种两层探测器结构的康普顿散射成像方法，存在探测效率低的问题，这是由于两层探测器位置固定，只能获取两个探测器平面上的二维信息，缺少伽玛射线作用在两层探测器以外的第三维信息，即深度信息(Depth Of Interaction，DOI)，因此在深度方向上的很多散射事例没有被探测。通过三维位置灵敏探测的方法，能够获取伽玛射线作用位置的三维坐标信息，使得康普顿相机记录到的散射事例相比两层探测器时显著增多，探测效率提高约一个量级，极大扩展了其在弱辐射场条件下的应用前景。

在现有的康普顿散射成像中所使用的三维位置灵敏探测方法里，主要有以下两种技术方案：

1)对闪烁体阵列利用准直的放射源进行前期DOI定标。采用在闪烁体阵列的上下两面各耦合一块光探测器阵列进行两端读出的方法，对闪烁体条的DOI信息利用准直的放射源进行定标。伽玛光子作用位置的二维坐标信息由光探测器阵列给出；对第三维深度信息，通过记录准直的放射源放置在不同深度时，两端光探测器输出的信号幅度比f＝X₁/(X₁+X₂)，拟合出信号幅度比f关于深度z的函数，即f＝F(z)，即可通过探测得的信号幅度比f，获得作用深度信息，继而获得伽玛光子在闪烁体阵列中作用位置的第三维坐标。该方案虽然没有对闪烁体阵列在深度方向上进行处理，但需要使用准直的放射源进行前期定标，步骤较为繁琐，且根据拟合结果获得的深度方向分辨能力有限，实际应用较为受限。