核輻射劑量場實時成像測量系統(tǒng)的研究

本文利用閃爍體的吸收發(fā)光特點，并結(jié)合計算機斷層掃描技術(shù)，提出了對核輻射劑量場分布進行實時成像測量的新方法——陣列式吸收發(fā)光CT法，研制出閃爍光纖陣列構(gòu)成的核探測器及其伺服控系統(tǒng).采用高靈敏度的電荷耦合器件(CCD)拾取探測器產(chǎn)生的微弱閃爍光信號，并用定點采集的方法對視頻信號進行數(shù)據(jù)的快速采集.在圖像重建方法上，提出了迭代濾波反投影重建方法和利用非完全投影進行數(shù)據(jù)修復(fù)，對獲取的投影數(shù)據(jù)進行變換和處理.通過選擇濾波函數(shù)及其適當?shù)膮?shù)，獲得最佳濾波效果，以重建劑量場的二維場分布，從而建立了核輻照劑量場的實時、高精度的成像測量系統(tǒng).實驗及模擬實驗結(jié)果均很好地證實了，該測量方法的可行性和測量系統(tǒng)工作的可靠性.
　　關(guān)鍵詞:核輻射劑量場；閃爍體；斷層掃描；迭代濾波反投影；圖像重建

The Study on Real-Time Radiography System in Dose Field

SHENG Jin-hua
(China Academy of Telecommunications Technology,Beijing 100083,China)
YIN Ze-jie
(Department of Modern Physics,University of Science and Technology of China,Hefei 230027,China)

　　Abstract:By the comprehensive analysis of existing mcasuring methods,a new method is proposed in the paper to measure the nuclear radiation dose field with array absorption-emission computed tomography.The detector based on scintillation optical fiber array and its servo-control system are designed.The weak optical signal is measured by Charge Coupled Devices (CCD) and the formed visual signal is quickly sampled with the method of testing fixed signed points.The reconstruction method of iterative filter back projection and the data renovation based on noncomplete projection are proposed to reconstruct dose field much more accurately.The filter function is also an important factor in the image reconstruction.The Butterworth filter function is chosen.By adjusting its parameters,we have obtained optimum result.Finally,all the experimentation show that the methods proposed in paper are proper and whole measuring system is advanced and feasible.
　　Key words:nuclear radiation dose field;scintillation;computed tomography;iterative filter back projection;image reconstruction

一、引　　言
　　輻射劑量學是試圖探討射線能量的傳遞及生物組織對其能量的吸收，并用實驗的方法測定輻射量值.從早期使用X射線起，人們就開始采用感光膠片進行劑量測定，以后發(fā)展了量熱劑量學、化學劑量學以及利用熱釋光現(xiàn)象的劑量測定技術(shù).近年來，又研制出電離室探測器和微型半導(dǎo)體探測器.但從目前國內(nèi)外所采用的劑量測量方法和儀器來看，各有許多不足之處，如都不能進行劑量場的強度分布及形態(tài)的實時測量；一些方法還需要另外的數(shù)據(jù)讀出設(shè)備，致使無法現(xiàn)場獲取結(jié)果；大多也僅能進行點測量，且材料的一致性差；除感光膠片法外，其他空間分辨都較差.因此，現(xiàn)在尚無能夠比較好地適合用于劑量場的強度分布及形態(tài)的實時測量系統(tǒng).對于劑量場的測量，包括束流的總強度及其橫截面上的強度分布及形態(tài)的實時成像測量，目前在國內(nèi)外沿屬空白(未見報道).而對刀、x刀、醫(yī)學射線加速器等這些對射線有一定匯聚要求的輻照源的射線匯聚束斑空間形狀的強度分布的實時成像測量，具有特別重要和迫切的實用價值.

二、基本原理
　　對各種核輻劑量射場的探測，其原理跟它們與物質(zhì)的相互作用是密切相關(guān)的.我們所提出的陣列式吸收發(fā)光CT法是一種將閃爍體發(fā)光特性與圖像重建技術(shù)相結(jié)合的核探測方法［1］.該方法依據(jù)射線與物質(zhì)相互作用的機制，及閃爍體自身的發(fā)光特點進行能量變換，將劑量場上各點的強度轉(zhuǎn)換成與其成線性關(guān)系的閃爍光強度.借鑒計算機斷層掃描技術(shù)的基本思想，設(shè)計出陣列式探測器.對探測平面各象素點上形成的閃爍光，分別沿軸線方向線積分后接收，采用特定的測量方式，可獲得不同方向、不同位置的完備的投影數(shù)據(jù).最后利用圖像重建技術(shù)，可有效地實現(xiàn)對劑量場進行實時成像測量.
　　圖像重建的主要方法一般有：直接反投影法、傅立葉變換重建法、卷積反投影重建法、代數(shù)迭代法等.目前所采用的各種重建方法，都還存在著一些不足的地方，而算法對重建圖像的質(zhì)量與速度起著關(guān)鍵的作用.對不同的目標應(yīng)用不同的算法與之相適應(yīng).在卷積反投影算法中，選擇不同的卷積函數(shù)，對重建圖像的質(zhì)量影響是很大的，需根據(jù)不同的情況，作相應(yīng)的調(diào)整［2］.本文對卷積反投影重建法進行延伸，使其不僅能在空間域進行卷積處理，而且能方便地選擇適當?shù)臑V波函數(shù)和參數(shù)在頻域進行頻譜修正，達到最佳的處理效果，從而使重建精度和空間分辨率都得到進一步的提高.綜合卷積反投影法和代數(shù)迭代法的長處，我們提出了一種迭代濾波反投影法，可更好地實現(xiàn)圖像重建［1，3］.迭代濾波反投影重建法是一種迭代優(yōu)化的過程：在每次迭代運算中，首先根據(jù)上次的重建結(jié)果，依次在每個投影方向上計算重建圖像的投影，再同實測的投影數(shù)據(jù)相比較，將差值再濾波反投影在圖像上，以修正重建結(jié)果，即完成一次迭代運算，并將該次的運算結(jié)果作為下一次迭代的初值.重復(fù)上述過程，直到投影誤差總和小于給定的閾值或設(shè)定的迭代數(shù)，從而結(jié)束重建過程.
　　另外，在實際應(yīng)用中可根據(jù)需要考慮利用非完全投影重建法來進行適當?shù)臄?shù)據(jù)處理.假設(shè)在整個(s,θ)平面上，投影函數(shù)P(s,θ)是解析的，即使有部分數(shù)據(jù)丟失，可根據(jù)其解析特性，將所需要的數(shù)據(jù)有效地估算出.由于閃爍光纖直徑的限制，影響了空間分辨率的進一步提高.采樣的投影數(shù)據(jù)對于s變量是離散的，但也應(yīng)注意到投影數(shù)據(jù)是投影方向上各點數(shù)值的積分，其隱含著該方向上各點數(shù)據(jù)的連續(xù)性.故采用非完全投影重建法對一些點的投影數(shù)據(jù)進行估計和補齊，補齊缺少的數(shù)據(jù)一般必須滿足三個條件［1，4］：
　　(1)在數(shù)據(jù)缺少區(qū)域，根據(jù)已測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，使欲補齊的數(shù)據(jù)與其保持連續(xù)、光滑，由被測場的解析特性決定.
　　(2)對于各方向的投影數(shù)據(jù)，保持其積分的相等.
　　(3)保持所有投影積分的相等性，這是雷當變換所要求的.

三、系統(tǒng)構(gòu)成
　　整個系統(tǒng)分為四個部分：前端探測系統(tǒng)、機械旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、定點數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及圖像重建系統(tǒng)，見圖1.

圖2　閃爍光纖陣列構(gòu)成的核探測器及其與光接收器連接 上一頁 1 2 3 下一頁 關(guān)鍵詞： 輻射 成像 測量系統(tǒng) 評論 我來說兩句…… 驗證碼： 相關(guān)推薦 目標跟蹤算法在紅外熱成像跟蹤技術(shù)上的應(yīng)用 設(shè)計方案 目標 跟蹤 算法 紅外 成像 技術(shù)上 應(yīng)用 | 2009-09-03 核輻射劑量場分布進行實時成像測量的新方法―陣列式吸收發(fā)光CT法 測試測量 輻射 分布 成像 測量 | 2018-09-10 Socionext和合作伙伴發(fā)表宇宙射線介子和中子引起的半導(dǎo)體軟誤差之間的差異 EDA/PCB 半導(dǎo)體 輻射 | 2021-09-07 轉(zhuǎn)帖：MCU 在抗空間輻射時PCB設(shè)計有什么要注意 jackwang | 2003-01-06 熱紅外成像儀電路圖 設(shè)計方案 紅外 成像 電路圖 | 2010-01-27 日學者認為車內(nèi)打手機電磁輻射更嚴重 hpnet | 2002-06-22 基于STM32單片機的智能家居測量系統(tǒng)設(shè)計* 物聯(lián)網(wǎng)與傳感器 STM32 單片機 智能家居 測量系統(tǒng) 202204 | 2022-04-19 自動檢測技術(shù)s_zzjs_26 資源下載 自動檢測技術(shù) 測量系統(tǒng) 數(shù)據(jù)處理 | 2007-04-20 CDMA是\"綠色手機\"嗎? hpnet | 2002-08-16 Jacinto 7 攝像頭捕捉和成像子系統(tǒng) 汽車電子 Jacinto 7 攝像頭捕捉 成像 | 2023-11-06 玩電腦有輻射？特斯拉的棺材板壓不住了 PC電腦 輻射 | 2019-10-08 自制電磁輻射檢測器 設(shè)計方案 自制 電磁 輻射 檢測器 | 2010-01-12 美國FDA最新報告：手機輻射與癌癥之間沒有關(guān)聯(lián) 手機與無線通信 輻射 癌癥 FDA | 2020-02-11 測量100一500℃溫度的輻射溫度計電 設(shè)計方案 測量 溫度 輻射 溫度計 | 2009-07-06 答網(wǎng)友：關(guān)于《極品2410》的抗干擾和抗輻射 技創(chuàng)快刀 | 2004-11-27 輻射強度大 5G基站會危害健康？ 5G 輻射 基站 | 2019-06-10 張朝陽質(zhì)疑5G輻射大？手機輻射處于安全范圍內(nèi) 張朝陽 5G 輻射 | 2019-05-20 Teledyne e2v將繼續(xù)開發(fā)和制造高規(guī)格CCD成像傳感器 物聯(lián)網(wǎng)與傳感器 CCD 成像 | 2020-03-14 AMD 自適應(yīng)計算助力攻克眼病篩查難題 醫(yī)療電子 拓普康 成像 OCT Kintex | 2024-01-09 輻射溫度計電路 設(shè)計方案 輻射 溫度計 | 2009-07-06 電磁波輻射嚴重 日本正式禁用電線調(diào)制解調(diào)器 hpnet | 2002-09-17 基于移動靶機器視覺測量系統(tǒng)的標定 資源下載 移動靶 機器視覺 測量系統(tǒng) | 2007-04-19 基于DSP激光防撞雷達動態(tài)成像校正算法的實現(xiàn) 資源下載 數(shù)字信號處理 成像 激光防撞雷達 縮略算法 | 2007-04-19 開關(guān)電源設(shè)計全過程資料 資源下載 開關(guān)電源 電容器 二極管 輻射 | 2007-12-29 高速PCB設(shè)計技術(shù)(中文)資料 資源下載 PCB 電路板 傳輸線 電磁干擾 阻抗匹配 輻射 | 2007-12-29 上一篇：SPARQ系列述評之七 ――愛上SPARQ的八大理由（ 下一篇：航天測量船通用測試平臺設(shè)計 技術(shù)專區(qū) FPGA DSP MCU 示波器 步進電機 Zigbee LabVIEW Arduino RFID NFC STM32 Protel GPS MSP430 Multisim 濾波器 CAN總線 開關(guān)電源 單片機 PCB USB ARM CPLD 連接器 MEMS CMOS MIPS EMC EDA ROM 陀螺儀 VHDL 比較器 Verilog 穩(wěn)壓電源 RAM AVR 傳感器 可控硅 IGBT 嵌入式開發(fā) 逆變器 Quartus RS-232 Cyclone 電位器 電機控制 藍牙 PLC PWM 汽車電子 轉(zhuǎn)換器 電源管理 信號放大器 關(guān)閉