放射性物质对于科学研究,医疗诊断,工业分析等领域做出了重要贡献,但是也对环境安全造成了一定的威胁,对于各类核事故所产生的放射性以及放射源进行有效、高效的探测和监测的需要,使得大力发展快速有效的核成像技术成为迫切需求。核成像技术可探测到放射性物质的分布情况,并与光学图像进行融合,可直观地显现出放射性物质的位置。然而传统的伽玛射线成像系统灵敏度不高,成像时间长,在远距离情况下无法对动态目标实时成像。高灵敏度伽玛射线成像技术,可远距离实现辐射热点实时定位,给出放射性分布情况的二维实时图像。将该成像系统安装在监测车或者监测船上可以快速对大面积区域进行扫描以确定放射物质的分布情况。编码孔径成像技术通过特定图样的多开孔准直器,大大提高了系统的探测效率,成像时间也随之大幅度减少。但是对于较远距离的放射源或者较弱的源无法实时成像,而高灵敏度编码孔径成像技术可实现这一功能,国际或者国内主要是通过增大探测器的有效面积来实现。本论文在对编码孔径成像理论的研究基础上,选用了MURA编码方式,阵列大小为11×11。采样数为2的大面积Cs I(Tl)晶体阵列(22×22的探测器阵列)耦合非位置灵敏型光电倍增管作为高探测效率、高灵敏度探测器。这两部分组成了数据获取的前端探测器系统。自主设计了36通道的模拟电路,对PMT阳极输出的信号进行放大、滤波等处理,使其便于数据采集系统进行采集。数据采集系统使用项目组的多通道数据采集卡完成了模拟信号的数字化以及计算,并将处理的数据传输给计算机。计算机端使用Lab Windows CVI软件设计了相应的显示界面(包括能谱、投影矩阵、解码重建图像以及光学摄像头图像的融合图像等)和解码算法(直接解码和迭代解码算法),并将这两种算法成功应用到实际的样机当中。在完成高灵敏度编码孔径伽玛成像系统的样机之后,对探测器的性能进行一系列的测试,包括散点图(反映位置分辨能力)、峰位一致性、能量分辨率以及探测效率一致性,从测试结果来看达到了高灵敏度编码孔径伽玛成像系统的要求。随后对该样机进行了整体的性能测试,测试表明该系统在可探测能量范围、成像时间、角分辨率等方面均具有较好的性能,通过正、反码板的使用也体现出了它在实际应用中的重要性(进一步提高了对低剂量率放射性物质在高本底噪声的探测能力)。实时成像测试结果表明该样机可以对放射性环境进行移动成像,实时定位放射性物质的分布情况。整体来看无论是探测器的性能还是高灵敏度编码孔径伽玛成像系统的性能都取得了不错的应用效果。