CN109507713A - 手持式伽马辐射成像装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手持式伽马辐射成像装置及方法，其中，该装置包括：探测器用于检测伽马射线在闪烁晶体中作用位置的分布数据；摄像头用于采集可见光图像；显示屏；处理器用于根据分布数据通过成像算法生成伽马辐射图像，并且将伽马辐射图像和可见光图像进行融合定位，以获取放射源的位置，并控制显示屏显示位置。该装置无需重金属准直器即可通过伽马辐射成像，并且简单便捷，成本较低，有利于推广使用。

Description

手持式伽马辐射成像装置及方法
技术领域
本发明涉及核技术及应用技术领域，特别涉及一种手持式的伽马辐射成像装置及方法。
背景技术
放射源广泛应用于国民经济的各个领域，包括工业、农业、医学等，极大地造福了人类。但是另一方面，由于放射源可以释放高能射线或粒子，如伽马射线、中子等，这些为电离辐射，会破坏细胞组织，从而伤害人体。放射源泄露、丢失、或被盗事件时时有发生，放射源的使用具有潜在的危险性，因此除了需要对放射源进行严格管理外还需要有效的监控或监测。当放射源发生泄露、丢失、或被盗事件时，才能够对放射源进行快速寻找和定位，以降低其带来的危害和社会效应。
目前放射源监测使用最多的为剂量仪和能谱仪，但是这些设备通常没有定位能力，需要采用地毯式搜索或者采用多个探测器信息进行融合计算。
近年来基于编码板的成像探测器和基于康普顿散射原理的探测器被应用于放射源监测和寻找，这些成像探测器能够快速锁定放射源，但是这些设备价格昂贵，且这些设备其体积和重量都比较大，不利于推广使用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种手持式的伽马辐射成像装置，该装置无需重金属准直器即可通过伽马辐射成像，并且简单便捷，成本较低，有利于推广使用。
本发明的另一个目的在于提出一种手持式的伽马辐射成像方法。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种手持式的伽马辐射成像装置，包括：探测器，用于检测伽马射线在闪烁晶体中作用位置的分布数据；摄像头，用于采集可见光图像；显示屏；处理器，用于根据所述分布数据通过成像算法生成伽马辐射图像，并且将所述伽马辐射图像和所述可见光图像进行融合定位，以获取放射源的位置，并控制所述显示屏显示所述位置。
本发明实施例的手持式的伽马辐射成像装置，可以不使用包含重金属准直器，通过闪烁晶体和光电器件的耦合及排布方式获得对光子入射位置敏感的探测器测量数据，将全部信号处理和图像重建过程在高集成度电路上实现伽马辐射成像，从而大大减少了设备体积及重量，简单便捷，成本较低，有利于推广使用。
另外，根据本发明上述实施例的手持式的伽马辐射成像装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述探测器包括：所述闪烁晶体，用于进行伽马射线探测，并转化为闪烁荧光；至少4个光电器件，所述至少4个光电器件与所述闪烁晶体耦合，以把所述闪烁荧光转化为电信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述至少4个光电器件中至少2个光电器件的间距大于光电器件的尺寸，且所述至少2个光电器件的中心连线上无其他光电器件，其中，所述光电器件为光电倍增管、位置灵敏光电倍增管、光电二极管、雪崩型光电二极管、硅光电倍增器件、微通道板中的任一种。。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：电源模块，用于供为所述光电器件供电。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述闪烁晶体的尺寸为手持式设备的目标尺寸。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述闪烁晶体为连续整块晶体或切割分立晶体阵列，且在所述闪烁晶体为切割地分立晶体阵列时，所述切割分立晶体之间设有反射材料填充，其中，所述闪烁晶体为NaI、CsI、LSO、LYSO、GAGG、BGO、GSO、YSO、LuYAP、LaBr3中的任一种。。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述处理器包括：数据读出与信号处理电路，用于获取所述分布数据和所述可见光图像；存储芯片，用于存储所述分布数据和所述可见光图像；成像单元，通过能谱识别所述伽马射线来源的核素种类，并调用对应***传输矩阵，以完成图像重建。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述处理器还包括：电池供电电路，用于为所述处理器供电。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述成像单元进一步采用模板匹配、最小二乘法估计、极大似然估计、人工神经网络和机器学习方法实现图像重建。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种无准直器的伽马辐射成像方法，采用权利要求1-9任一项所述的手持式伽马辐射成像装置，其中，所述方法包括以下步骤：利用闪烁晶体进行伽马射线探测，并转化为闪烁荧光；将所述闪烁荧光转化为电信号，对所述电信号进行信号处理和数据采集，并根据所述伽马射线在所述闪烁晶体中作用位置的分布，通过成像算法得到伽马辐射图像；通过所述伽马辐射图像和摄像头获取的可见光图像的融合，确定放射源的位置，并显示所述位置。
本发明实施例的手持式伽马辐射成像方法，可以不使用包含重金属准直器，通过闪烁晶体和光电器件的耦合及排布方式获得对光子入射位置敏感的探测器测量数据，将全部信号处理和图像重建过程在高集成度电路上实现伽马辐射成像，从而大大减少了设备体积及重量，简单便捷，成本较低，有利于推广使用。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的手持式伽马辐射成像装置结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的手持式伽马辐射成像方法流程图。
附图标记说明：10-手持式伽马辐射成像装置、100-探测器、101-闪烁晶体、102-至少4个光电器件、200-摄像头、300-显示屏、400-处理器、401-数据读出与信号处理电路、402-存储芯片、403-成像单元和404-电池供电电路。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的手持式伽马辐射成像装置及方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的手持式伽马辐射成像装置。
图1是本发明一个实施例的手持式伽马辐射成像装置结构示意图。
如图1所示，该手持式伽马辐射成像装置10包括：探测器100、摄像头200、显示屏300和处理器400。
其中，探测器100用于检测伽马射线在闪烁晶体中作用位置的分布数据。摄像头200用于采集可见光图像。处理器400用于根据分布数据通过成像算法生成伽马辐射图像，并且将伽马辐射图像和可见光图像进行融合定位，以获取放射源的位置，并控制显示屏显示位置。本发明实施例的成像装置10设计紧凑，尺寸小，减少了设备体积及重量，并且可持手检查提高检出效率。
需要说明的是，摄像头可用于测量手持式设备周边的光学场景；也可用于将重建出的辐射图像与摄像头得到的光学图像共同显示于手持式设备的显示屏上。
进一步地，在本发明的一个实施例中，探测器100包括：闪烁晶体101用于进行伽马射线探测，并转化为闪烁荧光。至少4个光电器件102与闪烁晶体耦合，以把闪烁荧光转化为电信号。
其中，闪烁晶体101可以包括：NaI，CsI，GAGG，LSO，LYSO，BGO，GSO，YSO等。
进一步地，在本发明的一个实施例中，闪烁晶体101为连续整块晶体或切割分立晶体阵列，且在闪烁晶体为切割分立晶体阵列时，切割分立晶体之间设有反射材料填充。
也就是说，闪烁晶体101可以是连续的，也可以是切割的分立晶体，切割分立的晶体之间需要反射材料填充，其中，反射材料可以是空气、钛白粉、硫酸钡、增强反射膜等。
可选地，在本发明的一个实施例中，闪烁晶体101的尺寸为手持式设备的目标尺寸。
也就是说，闪烁晶体的尺寸足够小以可置于手持式设备内，光电器件的数目至少为4个，且与闪烁晶体光耦合，且尺寸足够小以可置于手持式设备内，且可以通过电池供电。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：电源模块，用于供为光电器件供电。
进一步地，在本发明的一个实施例中至少4个光电器件102中至少2个光学器件的间距大于光电器件的尺寸，且这2个光电器件的中心连线上无其他光电器件。
其中，光电器件可以为光电倍增管、位置灵敏光电倍增管、光电二极管、雪崩型光电二极管、硅光电倍增器件、微通道板中的任一种。
换言之，至少存在两个光电器件，其间距大于光电器件尺寸，且两个光电器件中心连线上没有其他光电器件
进一步地，在本发明的一个实施例中，处理器400包括：数据读出与信号处理电路401用于获取分布数据和可见光图像。存储芯片402用于存储分布数据和可见光图像。成像单元403通过能谱识别伽马射线来源的核素种类，并调用对应***传输矩阵，以完成图像重建。
需要说明的是，高集成度读出和信号处理器是一种电子学电路，其具有逻辑运算芯片完成全部信号处理和成像单元的计算操作，且具有在无供电时保存数据功能的存储芯片，其能够存储图像重建所需要的***传输矩阵。
可选地，在本发明的一个实施例中，处理器400还可以包括：电池供电电路404用于为处理器供电。
其中，电池供电电路404可以使用电池供电或外部供电的方式。
可选地，在本发明的一个实施例中，成像单元403进一步采用模板匹配、最小二乘法估计、极大似然估计、人工神经网络和机器学习方法实现图像重建。
需要说明的是，各组件组成的手持式伽马辐射成像装置具有可手持、电池供电、不含重金属准直器的特征，且将全部信号处理和图像重建过程在高集成度电路上实现。
综上所述，本发明实施例的手持式伽马辐射成像装置，具有以下优点：
第一，设计紧凑，尺寸小，可手持进行检查，可提高检出效率；
第二，相对于传统手持报警设备，可提供可视化的放射源定位图像。
根据本发明实施例提出的手持式伽马辐射成像装置，可以不使用包含重金属准直器的小尺寸闪烁晶体和光电器件组合，通过特定的光电器件与闪烁晶体排布方式获得对光子入射位置敏感的探测器测量数据，将全部信号处理和图像重建过程在高集成度电路上实现，同时采用电池供电简化供电方式，从而大大减少了设备体积及重量，且降低了成本，有利于装置的推广使用。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的手持式伽马辐射成像方法。
图2是本发明一个实施例的手持式伽马辐射成像方法流程图。
在步骤S101中，利用闪烁晶体进行伽马射线探测，并转化为闪烁荧光。
在步骤S102中，将闪烁荧光转化为电信号，对电信号进行信号处理和数据采集，并根据伽马射线在闪烁晶体中作用位置的分布，通过成像算法得到伽马辐射图像。
在步骤S103中，通过伽马辐射图像和摄像头获取的可见光图像的融合，确定放射源的位置，并显示位置。
需要说明的是，前述对手持式伽马辐射成像装置实施例的解释说明也适用于该实施例的方法，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的手持式伽马辐射成像装置，可以不使用包含重金属准直器的小尺寸闪烁晶体和光电器件组合，通过特定的光电器件与闪烁晶体排布方式获得对光子入射位置敏感的探测器测量数据，将全部信号处理和图像重建过程在高集成度电路上实现，同时采用电池供电简化供电方式，从而大大减少了设备体积及重量，且降低了成本，有利于装置的推广使用。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种手持式伽马辐射成像装置，其特征在于，包括：
探测器，用于检测伽马射线在闪烁晶体中作用位置的分布数据；
摄像头，用于采集可见光图像；
显示屏；以及
处理器，用于根据所述分布数据通过成像算法生成伽马辐射图像，并且将所述伽马辐射图像和所述可见光图像进行融合定位，以获取放射源的位置，并控制所述显示屏显示所述位置。
2.根据权利要求1所述的手持式伽马辐射成像装置，其特征在于，所述探测器包括：
所述闪烁晶体，用于进行伽马射线探测，并转化为闪烁荧光；
至少4个光电器件，所述至少4个光电器件与所述闪烁晶体耦合，以把所述闪烁荧光转化为电信号。
3.根据权利要求2所述的手持式伽马辐射成像装置，其特征在于，所述至少4个光电器件中至少2个光电器件的间距大于光电器件的尺寸，且所述至少2个光电器件的中心连线上无其他光电器件，其中，所述光电器件为光电倍增管、位置灵敏光电倍增管、光电二极管、雪崩型光电二极管、硅光电倍增器件、微通道板中的任一种。。
4.根据权利要求2所述的手持式伽马辐射成像装置，其特征在于，还包括：
电源模块，用于供为所述光电器件供电。
5.根据权利要求2所述的手持式伽马辐射成像装置，其特征在于，所述闪烁晶体的尺寸为手持式设备的目标尺寸。
6.根据权利要求2所述的手持式伽马辐射成像装置，其特征在于，所述闪烁晶体为连续整块晶体或切割分立晶体阵列，且在所述闪烁晶体为切割分立晶体阵列时，所述切割分立晶体之间设有反射材料填充，其中，所述闪烁晶体为NaI、CsI、LSO、LYSO、GAGG、BGO、GSO、YSO、LuYAP、LaBr3中的任一种。
7.根据权利要求1所述的手持式伽马辐射成像装置，其特征在于，所述处理器包括：
数据读出与信号处理电路，用于获取所述分布数据和所述可见光图像；
存储芯片，用于存储所述分布数据和所述可见光图像；
成像单元，通过能谱识别所述伽马射线来源的核素种类，并调用对应***传输矩阵，以完成图像重建。
8.根据权利要求1所述的手持式伽马辐射成像装置，其特征在于，所述处理器还包括：
电池供电电路，用于为所述处理器供电。
9.根据权利要求1所述的手持式伽马辐射成像装置，其特征在于，所述成像单元进一步采用模板匹配、最小二乘法估计、极大似然估计、人工神经网络和机器学习方法实现图像重建。
10.一种手持式伽马辐射成像方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的手持式伽马辐射成像装置，其中，所述方法包括以下步骤：
利用闪烁晶体进行伽马射线探测，并转化为闪烁荧光；
将所述闪烁荧光转化为电信号，对所述电信号进行信号处理和数据采集，并根据所述伽马射线在所述闪烁晶体中作用位置的分布，通过成像算法得到伽马辐射图像；以及
通过所述伽马辐射图像和摄像头获取的可见光图像的融合，确定放射源的位置，并显示所述位置。
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