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γ相机中编码孔径准直器设计及数字图像重建

洪俊杰  
【摘要】: γ相机是一种γ射线成像设备,广泛应用在核探测、核医学、核辐射、环境监控以及国家安全等方面。现代γ相机朝着高灵敏度、高分辨率、高信噪比(SNR)以及携带方便等方向发展。编码孔径代替传统的平行孔和针孔准直器顺应了这种发展趋势,近些年来,成为γ射线成像领域研究的热点。 本论文的核心工作是γ相机中编码孔径准直器设计及其数字图像重建的研究。首先从编码孔径成像技术基本原理出发,根据不同的编码孔径成像的特点及实验室现有的探测器,综合考虑实际成像中视场、分辨率以及灵敏度等技术指标的要求,优化设计出了用于γ相机中高灵敏度,高空间分辨率的修正均匀冗余阵列(Modified Uniformly Redundant Arrays,MURA)(11×11)嵌套编码板,并归纳出编码孔径准直器设计的一般流程。 基于泊松统计模型,得出了二维和三维编码孔径最大似然-期望最大化(maximum likelihood–expectation maximization , MLEM)统计迭代重建算法。根据二维MLEM算法的特点,提出了合理迭代次数的估计方法。采用计算机模拟实验比较了MLEM和传统相关解码两种算法重建图像的质量。 设计的MURA嵌套编码板应用到γ相机成像系统中,实验结果表明:视场和几何分辨率指标与理论预期值基本吻合;采用两种重建算法能够恢复出点源可视化图像,且选取合适迭代次数,MLEM算法比相关解码算法重建图像整体质量要好,实验结果与计算机模拟结果一致,验证了编码孔径成像技术方案的可行性及MLEM统计迭代算法的合理性。最后,对于高能放射源成像提出了一种图像校正方法,实验上验证了它的有效性。


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