CN101160537B - 用于限制带有编码掩模的γ照相机出现解码伪像的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于限制带有编码掩模(1)的γ照相机出现解码伪像的装置，其中该照相机包括与所述编码掩模(1)相对的γ辐射探测器(3)，并具有由所述编码掩模部分编码的区域(20)的视场的。本发明的装置还包括γ辐射透不过的中空件，其关于所述编码掩模(1)与所述探测器(3)相对设置，所述中空件(30)为所述探测器(3)挡住所述视场的部分编码区(20)。

Description

用于限制带有编码掩模的 γ照相机出现解码伪像的装置 
技术领域
本发明涉及对带有编码掩模的γ照相机的使用所固有的解码伪像的出现进行限制的装置。其用于γ辐射源的定位。 
背景技术
γ照相机是可以远距离探测和观察γ辐射源的装置。它们产生γ源的图像，这些图像被叠加在所观察场景的可视图像上，这使得可以在空间上定位，并表征放射性浓度的区域。这些γ照相机是已经在该领域得到证实的工具，并且特别适合于在诸如维护操作、拆卸或者检查的辐射环境中准备干涉。 
这些γ照相机既可以在实验室中应用又可以在产业上应用。 
γ照相机操作的一个主要原理是熟知的：闪烁器(闪烁体，scintillator)通过聚光装置(collection optics)接收来自γ辐射源的γ光子。其将该辐射转变为光信号，光信号又被光电阴极转变成电信号。如此形成的电信号被图像增强器放大并被电荷耦合器件(CCD)检测。闪烁器、光电阴极、图像增强器和电荷耦合器件组件通常构成γ照相机的探测器。下面，当提及探测器时，是指该组件而不仅仅指电荷耦合器件。该电荷耦合器件包括一定数量的像素。该探测器与用于处理探测信号的装置协同操作。在处理由探测器产生的信号之后，可以通过所发射的辐射并且通过所观察场景的 可见光图像来定位该辐射源，其中该辐射经过聚光装置、探测器组件。这样的γ照相机是相对敏感和高性能的。 
作为收集γ光子的光学装置，大多数γ照相机使用在顶点或针孔对面的两个锥体形式的准直器(平行光管，collimateur)。 
这种准直器提供在观察场和分辨率之间的良好的折衷。然而，由于它的形状，其对γ辐射来说相对透不过的，这有时导致缺乏灵敏度。更具体而言，它不能使得同时实现低探测极限和快采集时间之间的平衡。 
用于修正这些缺陷并用于增大该照相机的动态范围的可能的变化之一是基于：使用编码掩模代替双锥体准直器。它们是包括多个不透性元件和多个不透性元件的准直器，这使得可以显著增大直接暴露于γ辐射的闪烁器的表面。由探测器接收的信号被编码掩模调制。这些透性和不透性的元件必须具有一个特定的布置。这些准直器不产生所观察场景的直接图像，而是得到一个所观察场景的“编码”图像，然后该编码图像必须被数学处理以重建一个现实图像。 
具有编码掩模的γ照相机披露在文章“Development ofCoded-Aperture Imaging with a Compact Gamma Camera”M.Gmar，O.Gal，C.Le Goaller，O.P.Ivanov，V.N.Potapov，V.E.Stepanov，F.Lainé，F.Lamadie，IEEE Transactions on Nuclear Science，August 2004，Volume 51的1682至1687页中。 
所使用的掩模可以是URA(Uniformly Redundant Array，均匀冗余阵列)，其利用其中二维是相差2的两个质数的平方剩余的表。它们的衍生，如HURA(正六角形URA)或者MURA(修正的URA)也是有益的。URA编码掩模的理论在1972年由E.E.Fenimore和T.M.Cannon所描述。如图1A所示，这些掩模可以以带有小于掩模的探测器的扩展的掩模结构使用。该掩模是环形的并包括一个被多 次重复的基本图案(可能是局部)。在图1B示出的第二种可能结构中，掩模小于探测器。这种结构不具有优势，因为它需要使用大体积的探测器，这与紧凑的γ成像是不相容的。在这些附图中，标号1是指编码掩模，标号2是指闪烁器，而标号3是指探测器。 
这种编码技术具有一个缺陷，即，其在具有重复图案的编码掩模的某些结构中可产生定位问题。事实上，在照相机或探测器的视场有两个截然不同的区域，在图2A和图2B中被标成10的全编码区和在图2A、图2B中被标成20的部分编码区。这些区域在下文中将称为完全编码区和部分编码区。 
图2A和图2B部分示出了装有编码掩模1的照相机。探测器3对着编码掩模1设置。 
完全编码区10对应被与探测器3和编码掩模1的相应边相接触的表面所限定的空间。这些表面形成了完全编码区的包围面10.1。 
部分编码区20对应于在被与探测器3和编码掩模1的相对边相接触的表面所限定的空间和完全编码区10的包围面10.1之间所包括的空间。 
对于位于探测器3的视场的完全编码区10中的γ辐射源11，探测器3的每个像素接收一经过编码掩模1的信号。该信号可以只以一种方式被解码；其导致场景的真实重建。该结构示于图2A中。 
相反，如图2B所示，对于位于探测器3的视场的部分编码区20中的γ辐射源21，通过编码掩模1的调制是不完全的。对于同样的信号，多次重建是可能的，并且在解码中出现解码伪像22。这些解码伪像22原则上与真正的源难以区分。这使得很难利用编码掩模技术，因为它们导致假的γ辐射源的出现。 
目前，甚至在数学上也没有正确减小这些编码伪像的适合方案。 
发明内容
本发明实际上在于提出一种用于限制带有编码掩模的γ照相机出现解码伪像的装置，以便消除该解码伪像，其易于制造并不需要使用复杂的数学处理运算。该装置可以限制位于γ照相机的部分编码区中、并在这些解码伪像的源处的辐射源的有害影响。 
更具体而言，本发明是一种用于限制带有一编码掩模的γ照相机出现解码伪像的装置，其中该照相机包括与编码掩模相对的γ辐射探测器，并具有一个带有被该编码掩模部分编码的区域的视场。根据本发明，该装置包括γ辐射透不过的中空件(镂空件，pièceévidée)，其关于编码掩模与该探测器相对设置，并遮挡探测器的视场的部分编码区域。 
该中空件与该编码掩模相接(border，邻界)。 
该中空件可以具有一个基本为圆筒形、截锥形、金字塔形、甚至是多面体形的内壁。 
该中空件可以由密度大于7g/cm3的金属制成。 
更具体地说，该中空件可以由不锈钢、铅或者铅基合金、铜或者铜基合金、钨或者钨基合金(如，名为DENAL的合金，DENAL是CIME BOCUZE公司的商标)制成。 
该中空件在其整个长度具有基本上恒定的厚度。 
可替换地，该中空件在其长度上可以具有变化的厚度，使得γ光子被相同厚度的材料所阻挡，而无论其在视场的部分编码区和该探测器之间的路径如何。 
该中空件可以配备有螺纹，使得可以被拧在编码掩模的支持件上。 
该γ照相机包括具有被编码掩模完全编码的区域的视场，该完全编码的区域由包围面所限定并邻接该部分编码区；当安装在照相机上时，该中空件可以包括与探测器相对的自由端，使得该完全编码区的包围面经过该自由端。 
该中空件可以具有与该完全编码区的包围面(enveloppe，外围)相接合的内壁。 
该中空件可以具有与该编码掩模相对的基本为圆球形的末端。 
该圆球形末端可以对应以该探测器中心部分为中心的半径。 
本发明还涉及包括这样的用于限制出现解码伪像的装置的γ照相机。 
附图说明
结合下面的附图，在阅读仅仅为非限制性目的的示例性实施方式的描述之后，可以更好地理解本发明，其中： 
图1A和图1B图解示出了带有编码掩模的γ照相机的两个实施例； 
图2A和图2B图解示出一个γ照相机，并示出由编码掩模完全编码和部分编码的区域，以及根据待观察的γ源的位置出现的解码伪像； 
图3A和图3B示出了根据本发明的用于限制带有编码掩模的γ照相机出现解码伪像的装置的两种具体实施方式； 
图4A和图4B以分解图和截面图示出了装配有根据本发明装置的γ照相机； 
图5A和图5B以分解图和截面图示出了装配有另一实施例的根据本发明装置的γ照相机； 
图6A至图6C示出了用于图4A、图4B、图5A和图5B的γ照相机的三个实施例的编码掩模的前端； 
图7A和图7B分别示出由根据本发明的γ照相机和现有技术的γ照相机摄得的由三倍强的源所寄生的辐射源的图像。 
为了在各附图之间的一致起见，在下面描述的不同图中的相同、相似或相当的部件具有相同的标记数字。 
为了使各附图易读起见，显示在图中的不同部件不一定被显示成相同的比例。 
具体实施方式
我们现在讨论图3A和图3B，其图解并部分地示出了用于限制带有编码掩模的γ照相机出现解码伪像的装置。 
该γ照相机被图解显示具有一个相对于编码掩模1设置的探测器3。我们还示出了完全编码区10(用实线)和部分编码区20(用点线)。第一辐射源11显示在完全编码区10中。由于其相对于由探测器3和编码掩模1形成的组件的位置，源11可以被精确地探测到。第二辐射源21被置于部分编码区20中。 
该γ照相机装有用于限制出现解码伪像的装置30，其将为探测器3挡住第二源21，而对来自第一源11的辐射没有任何影响。更具体地说，该用于限制出现解码伪像的装置30为探测器3挡住整个部分编码区20。它与编码掩模1相配合，并关于编码掩模1与探测器3相对设置。该用于限制出现解码伪像的装置30对由γ源发出的辐射是不透性的。 
其可以具有与编码掩模1邻接的中空件30的形状。在图3A中，该中空件是管形，更具体地说是一个圆筒形旋转管，但是为使技术效果最优，其它形状是可行的。如图3B所示，其内壁尤其可以是截锥形，或者甚至是金字塔形或者多面体形。为使附图简化起见，这些形状未专门示出。 
该中空件30具有与编码掩模1结合的端30a，和一个自由端30b。在图3A示出的实例中，完全编码区10的包围面穿过中空件30的自由端30b。该约束条件有助于确定中空件30的外部长度和宽度。中空件的材料的厚度在其整个长度上基本恒定。 
在图3B的实施例中，中空件30的内壁接合完全编码区的包围面10.1。该中空件的材料的厚度在其整个长度上不恒定。该厚度使得γ光子被相同厚度的材料所阻挡，无论其在视场的部分编码区20和探测器3之间的路径如何。 
在图3B的结构中，中空件30具有与编码掩模1相对的基本为圆球形的自由端30b。该圆球形端具有以探测器3的中心部分为中心的半径R。 
该中空件30由具有至少为7g/cm3的相对高密度的材料制成。其可以是密度约7.86g/cm3的不锈钢、或者铅、或者铅基合金、铜或者铜基合金。有利地，其可以是钨(密度为18.3g/cm3)或者钨基合金如名为DENAL的合金。这种钨基和铜基合金的密度约为18.5g/cm3，这对衰减γ光子非常有效。在能量高于例如100keV的高能量γ光子存在的情况下，优选使用DENAL，而铜或上述其它材料用于较低能量的情况。DENAL的另一个有利的性能是易于用传统工具机械加工，铅尤其是如此，其是高度可延展的。 
图4A和图4B以分解图和局部截面图示出了根据本发明的以图3A结构的γ照相机的实例。 
图5A和图5B以分解图和部分截面图示出了根据本发明的以图3B结构的γ照相机的实例。 
标记50示出了γ照相机的主体。在基本为旋转圆筒形的主体50中容纳着仅在图4B和图5B中可见的探测器3。在图4A和图5A中，主体50的一端被带有电线通道(未示出)的底座51所封闭。编码掩模1通过装在一起的多个环52、53、54与主体50的另一端接成一体。将一个部分地安装在另一个之中的两个外环52、54和标记为53的内环相区分。事实上，编码掩模1与限制出现解码伪像的装置30一起形成可以根据需要加以变化的可拆除构件。已经使用三个具有不同图案和厚度的编码掩模1来进行测试，以评价限制伪像出现的装置30。它们被示于图6A至图6C中。 
其中一个外环52可以将编码掩模1连接到照相机的主体50上。编码掩模1嵌入在容纳于两个外环(当外环一个处于另一个之中而组装时)中的内环53中。可以提供一个或多个指状物(finger)以将编码掩模1牢固地连接至内环53上。然后将限制出现解码伪像的装置连接在内环53的内部。另一个外环54能够相对于第一外环52旋转运动，并且由此导致内环53，连同编码掩模1和限制出现解码伪像的装置30的旋转。这样，编码掩模1可以采取多个给定的位置，例如两个偏移60°，这使得可以用相同的编码掩模产生相同场景的两个反对称编码图像，这在处理操作中将可以提高信噪比。 
该限制出现解码伪像的装置30是由一个凹入旋转圆筒件或者一个凹入的截锥件产生，其具有被拧入内环53内部的螺纹端30.1和在被观察场景一侧的自由端。 
已经测试了这种中空件的样品(原型，prototype)。它们是具有70mm或者125mm长的旋转圆筒，内径小于48.1mm，较大的外径为108.1mm。它们由不锈钢制成。图4A和图4B中示出的是短的(70mm)限制出现解码伪像的装置30。 
探测器3具有50mm的直径。在编码掩模的背面和探测器3的背面之间隔开的距离d为45.4mm。编码掩模1和探测器3的背面在照相机主体的底座的一侧，它们的正面对着要观察的场景的一侧。 
已经测试了多个编码掩模1。图6A至图6C示出了HURA-型编码掩模。图6A的掩模具有9级(rank 9)和4mm的厚度，而图6B的掩模也具有9级，但厚度为6mm。图6C的掩模是6级。应当注意，编码掩模的级(rank)是唯一地限定掩模基本图案(pattern)和可以是六面体的元件尺寸(孔和实心体)的数字。例如，R级的 掩模将具有K个元件，在其基本的中心图案中K＝3R(R+1)+1。这些掩模的总图案是平的45-mm六面体。这些编码掩模的特性列在下表中： 
掩模 6级  9级
厚度 12mm  4和6mm
孔之间的距离 1.85mm  1.26mm
在中心图案中的孔数 64  136
光照表面 1.9cm  1.9cm
从探测器3的背面到解码伪像衰减装置的自由端的距离L对于厚度为4mm的编码掩模为174.4mm，对于厚度为6mm的编码掩模为176.4mm，对于厚度为12mm的编码掩模为182.4mm。 
在存在寄生的源(parasitic source)位于部分编码区的情况下，用这些限制出现解码伪像的装置的样品可以观察到置于整个编码区中的源，比第一个更强。可以参看图7A和图7B，其示出了一个显示被铯源137寄生的钴源60的场景的画面。在该结构中，在γ照相机的水平由铯源137产生的剂量率比由钴源60产生的剂量率强三倍。图7A的画面是用装有本发明的限制出现解码伪像装置的γ照相机摄得的，而图7B的画面是用带有编码掩模但没有本发明的装置的γ照相机摄得的。在图7A中看不到寄生的源，而在图7B中则可以看到，并且给出所观察场景的一个假像(false representation)。 
虽然本发明已详细描述并示出了多个具体实施方式，但应该理解，在不背离本发明范围的情况下可以作许多变化和更改。本发明不限于这些描述的编码掩模。相反，其涵盖能够产生解码伪像的所有类型的编码掩模。同样地，解码伪像衰减装置也不限于本文描述的。可以使用其它材料，以及特别是其它形状。 

Claims (12)

1.用于限制带有编码掩模(1)的γ照相机出现解码伪像的装置，所述照相机包括与所述编码掩模相对设置的γ辐射探测器(3)，并具有视场，所述视场具有被所述编码掩模(1)部分编码的区域(20)，其特征在于，它包括γ辐射透不过的中空件，所述中空件关于所述编码掩模(1)与所述探测器(3)相对设置，其中所述中空件(30)为所述探测器(3)挡住所述视场的所述部分编码区(20)，并且在其长度上具有变化的厚度，使得γ光子被相同厚度的材料所阻挡，而无论其在所述视场的所述部分编码区(20)与所述探测器(3)之间的路径如何。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空件(30)具有截锥形、或者甚至多面体形的内壁。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空件(30)具有金字塔形的内壁。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述中空件(30)与所述编码掩模(1)相接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空件(30)由密度大于7g/cm3的金属制成。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述中空件(30)由不锈钢、铅或者铅基合金、钨或者钨基合金、或铜或者铜基合金制成。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空件(30)具有螺纹端(30a)，以便通过旋拧连接至所述编码掩模(1)的支持件(53)上。
8.根据权利要求1所述的装置，用于带有编码掩模的γ照相机，其中视场具有被所述编码掩模(1)完全编码的区域(10)，所述完全编码区(10)由包围面(10.1)所限制并邻接所述部分编码区(20)，其特征在于，所述中空件(30)包括当安装于所述照相机上时与所述探测器(3)相对的自由端(30b)，使得所述完全编码区(10)的所述包围面(10.1)经过所述自由端(30b)。
9.根据权利要求1所述的装置，用于带有编码掩模的γ照相机，其中视场具有被所述编码掩模(1)完全编码的区域(10)，所述完全编码区(10)由包围面(10.1)所限制并邻接所述部分编码区(20)，其特征在于，所述中空件(30)具有与所述完全编码区(10)的所述包围面(10.1)接合的壁。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空件(30)具有当安装于所述照相机时与所述探测器(3)相对的自由端(30b)，所述自由端(30b)基本成圆球形。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述圆球形自由端具有以所述探测器(3)中心部分为中心的半径(R)。
12.γ照相机，其特征在于，所述γ照相机包括根据权利要求1至11中任一项所述的限制出现解码伪像的装置(30)。
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