[发明专利]伽马射线成像

说明书

本申请提供用于伽马射线的编码掩模设备。所述设备使用嵌套式掩模，所述嵌套式掩模中的至少一个相对于另一个旋转。

技术领域

本发明涉及辐射检测，且更具体地说，涉及一种使用单个检测器和编码掩模的压缩传感伽马射线或中子成像装置。

背景技术

伽马射线成像是能够提供伽马射线放射性核素的位置和标识的重要辐射检测能力。伽马射线成像能够用于许多应用中，包含但不限于：退役、去污、环境监测(即，现场勘测、矿山测量)、医学成像(SPECT)、天文学和国家安全应用(即，非法放射性物质和核材料的搜索)。

传统的伽马射线成像技术依赖于将图像聚焦在非常昂贵的检测器阵列上或跨越图像平面缓慢地光栅扫描单个检测器。像素化检测器阵列的代价或光栅扫描系统的慢速通常具有抑制性。与易于聚焦的光学光子不同，伽马射线光子的高穿透性使其非常难聚焦。使用像素化检测器阵列的伽马射线成像系统通常使用单针孔、多针孔或平面编码孔径光学器件。这些系统用于在检测器阵列上形成图像或编码图像。针孔和编码孔径光学器件已在天文学和医学应用中使用了数十年。这些类型的成像系统的视场在水平或垂直方向上大约为30°至40°。

首先由默茨(Mertz)在1967年引入的旋转调制准直器(RMC)通常使用具有在掩模的整个长度上延伸的平行缝的两个掩模。当掩模旋转时，前掩模的投影相对于源显现为围绕后掩模轨道运动。掩模的旋转在检测器处产生取决于源的数目、源强度、位置和大小的调制计数图案。RMC具有多个缺点，包含：单个RMC难以成像扩展源、单个RMC具有小的视场，当使用单个RMC时，无法区分旋转中心轴上的源。参看B.R.科沃西(B.R.Kowash)2008年的博士论文，“A Rotating Modulation Imager for the Orphan Source Search Problem(用于失控源搜索问题的旋转调制成像器)”。

待成像在多个伽马射线成像应用中的场景本质上稀疏，并且通常需要检测一个或更多个点源。对于将取样成16×16图像的单个点源的简单情况，并且假设背景为零，将提供1个非零像素和255个零像素。代替进行N次(在这种情况下256次)测量(大多数测量将为零)，直观地说，更明智的策略应能够以远少于N次的测量确定非零像素的位置。最近已通过开发称为压缩传感的新信号处理理论来证实此直觉。压缩传感实现图像形成的新方法。压缩传感方法能够产生具有一部分测量的图像(当与传统成像技术相比时)并且使得能够实现低成本(单个检测器)系统选择。最近已针对光学、红外线和THz波长开发基于压缩传感的单像素成像系统。参看R.G.巴拉尼克(R.G.Baraniuk)等人的2012年的美国专利8,199,244B2，“Method and Apparatus for Compressive Imaging Device(用于压缩成像装置的方法和设备)”。

例如，已知太赫兹成像系统使用与一系列随机掩模组合的单像素检测器来实现高速图像获取。W.L.陈(W.L.Chan)等人的“A Single-Pixel Terahertz Imaging SystemBased on Compressed Sensing(基于压缩传感的单像素太赫兹成像系统)”，《应用物理学学报(Applied Physics Letters)》，第93卷，2008年。这些单像素成像系统都使用某种透镜来聚焦图像并且随后使用随机压缩测量来对图像平面进行取样。然而，当对场景平面进行取样，而不是形成图像且随后取样时，应能够执行压缩测量。黄(Huang)等人已采用此方法并且描述不需要透镜的单像素光学成像系统。他们使用孔径组合件(assembly)来随机地对场景进行取样，并且在任何阶段形成“传统”图像。G.黄(G.Huang)等人2013年的“LenslessImaging by Compressive Sensing(通过压缩传感的无透镜成像)”。

本发明通过设计围绕压缩传感原理的系统而克服现有伽马射线成像方法的缺点。

发明内容