闪烁探测器对伽马射线定位算法的研究

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闪烁探测器是粒子物理与原子核物理领域最为常用的粒子探测器之一,可用于探测伽马射线和X射线等。在很多伽马射线探测的应用中,都需要对射线的入射位置和入射方向进行准确测量,从而得到射线强度或放射源活度的分布。本论文研究了晶体条阵列闪烁探测器和连续晶体闪烁探测器对伽马射线的定位算法。  晶体条阵列闪烁探测器是目前最常用的闪烁探测器。在其对伽马射线进行定位探测的过程中,位置表的建立起着非常关键的作用。本文提出了一种基于区域提取的位置表生成算法,其创新点为借助图像处理的方法实现了对伽马射线水平方向的定位。本算法不依赖于探测器的位置编码与解析过程,适用于各种晶体条阵列闪烁探测器。尤其是对于大尺寸、散点强度分布差异大、散点排列不规则的散点图具有较好的效果。目前,本算法已经成功应用于高能物理研究所自主研制的人体PET和乳腺专用SPECT成像系统,其准确性得到充分的验证,并取得了很好的效果。  连续晶体闪烁探测器在最近几年越来越受到重视。虽然连续晶体闪烁探测器对伽马射线的定位算法比较复杂,但在很多方面都具有晶体条阵列闪烁探测器不可替代的优势。本文提出了基于连续晶体立体角模型的伽马射线定位算法。本算法无需先验数据,根据探测的光强分布拟合得到伽马射线与晶体作用的三维位置。其创新点在于:在建立光分布立体角模型中,引入“虚光源阵列”的概念,解决了荧光光子在晶体表面多次反射的影响;引入底面透射因子和表面反射因子,解决了荧光光子在晶体表面透射和反射衰减的影响。本文采用蒙特卡洛模拟,对伽马射线与连续晶体的作用过程与特性进行了研究;采用511keV的伽马射线,对4种不同的连续晶体探测器模型进行定位分析及算法验证。结果证明,本算法在水平和深度方向都具有较高的定位精度。
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