[发明专利]一种基于空间分布拟合的γ光子多次散射校正方法

说明书

本发明公开了一种基于空间分布拟合的γ光子多次散射校正方法，该方法通过把γ光子多次散射看作γ光子多个单次散射的叠加，将γ光子采样数据按LoR在Root中的保存方式进行投影，分别对离散的γ光子单次散射分布和多次散射分布进行函数拟合，确定核函数的表达形式，计算探测系统中每个探测器对记录的γ光子多次散射数目，最后，将多次散射的γ光子从原始γ光子数据中剔除。本方法有效解决了由于散射的γ光子造成重建图像出现的星状辐射伪影、边缘模糊等图像失真情况，从而达到了γ光子多次散射校正的目的，并且提高了γ光子多次散射识别准确性。

技术领域

本发明涉及γ光子三维成像领域，尤其涉及一种基于空间分布拟合的γ光子多次散射校正方法。

背景技术

γ光子三维成像技术应用到工业复杂件内腔结构及内壁缺陷检测时，由于工业复杂件组成材质为密度大的金属、合金，当γ光子穿透检测对象被探测系统记录过程中，受康普顿散射效应、瑞利散射效应等影响，γ光子会发生散射事件。有的γ光子在穿透复杂件被探测器记录的过程中，发生多次散射事件，称为γ光子多次散射事件。γ光子散射事件使γ光子的运动轨迹及所携带能量发生改变，从而使γ光子探测系统记录的LoR包含正电子湮没位置的错误信息，且散射的γ光子数目约占所有γ光子的30％～50％，而散射的γ光子会导致重建图像出现边缘模糊、星状伪影等图像失真问题，从而降低了检测分辨率。因此要想得到分辨率高的γ光子三维成像检测技术，必然要进行γ光子散射校正。

目前γ光子散射校正方法主要分为四类：能窗识别法、散射补偿迭代法、卷积处理法、Monte Carlo模拟法等。其中，能窗识别法的能量窗分割和标定系数需要人为选取和仿真确定，导致甄别效率降低；散射补偿迭代法仅对低比例γ光子散射事件能起到散射补偿效果；卷积处理法仅对核素空间均匀分布的检测实验散射校正效果明显；Monte Carlo模拟法准确率高、效果好，但需要事先预知检测过程中的每一个实验参数，这在实际检测应用中无法得到保证。

发明内容

发明目的：针对上述γ光子多次散射校正存在的问题，本发明基于γ光子康普顿散射分布理论，提出一种基于空间分布拟合的γ光子多次散射校正方法，将γ光子多次散射分布看作是γ光子单次散射分布函数和多次散射高斯核函数的卷积，且γ光子单次散射高斯分布与γ光子多次散射高斯分布的方差之差为定值，将γ光子采样数据按LoR在Root中的保存方式进行投影，分别对离散的γ光子单次散射分布和多次散射分布进行函数拟合，确定核函数的表达形式，计算探测系统中每个探测器对记录的γ光子多次散射数目，最后将多次散射的γ光子从原始γ光子数据中剔除，达到γ光子多次散射校正的目的，提高了γ光子多次散射识别准确性。

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：一种基于空间分布拟合的γ光子多次散射校正方法，具体包括以下步骤：

步骤1：在三维数据采集模式下，基于探测器对A、B记录的发生多次散射符合事件的γ光子对，建立γ光子多次散射校正数学模型；

步骤2：将空间三维坐标系XYZ投影变换到LoR数据重组后的二维坐标系Lθ，得出γ光子多次散射分布高斯核函数；

步骤3：计算探测器对A、B记录的发生多次散射符合事件的γ光子对数目。

在三维数据采集模式下，基于探测器对A、B记录的发生多次散射符合事件的γ光子对，建立γ光子多次散射校正数学模型：

步骤1-1：将空间坐标系XYZ变换为极坐标系令为核素空间分布函数，为衰减系数；

步骤1-2：每次γ光子散射事件属于互相独立事件，因此多次散射的概率密度完全可以按照独立事件的方式进行计算，令I_S(A，B)为γ光子单次散射分布函数，K_M(x，y，z)为γ光子多次散射概率分布高斯核函数，其计算公式如下：