CN104166153A - 放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法和设备 - Google Patents

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CN104166153A CN201410360002.1A CN201410360002A CN104166153A CN 104166153 A CN104166153 A CN 104166153A CN 201410360002 A CN201410360002 A CN 201410360002A CN 104166153 A CN104166153 A CN 104166153A
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Abstract

本发明提出一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法和设备，其中，该方法包括：伽马相机探测到目标区域内来自定义目标角平面各个方向入射的伽马光子，并分别重组成投影数据及能谱数据；利用图像重建算法对投影数据进行重建获取辐射伽马图像；并据此获取目标区域内各个方向入射伽马光子注量率的二维角度分布；根据入射光子能量查找相应的转换系数，并利用转换系数将伽马光子注量率的二维角度分布转化为目标区域内放射性物质对伽马相机所在位置的辐射剂量率的二维角度分布。本发明的测量方法，实现了利用伽马相机等设备对目标区域内不同方向入射的伽马光子辐射剂量率的二维角度分布的测量。

Description

放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法和设备
技术领域
本发明涉及辐射探测技术领域，特别涉及一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法和设备。
背景技术
放射性物质的定位、辐射剂量测量、核素种类识别以及活度测量在核工业、核安全、环境保护、工业及医用放射源管理、公共安全等领域具有广泛的应用。
传统的应用于探测放射性物质的手段主要包括：放射性剂量仪、伽马能谱仪和伽马相机。其中，伽马相机是利用辐射探测技术对放射性物质探测的方法，探测来自放射性物质所在目标角平面各个方向入射的伽马光子，并通过探测器探测准直器编码准直的伽马光子实现对放射性物质的二维平面分布成像。
另外，伽马相机还可测量相机所在位置的伽马辐射剂量率或粒子注量率，并实现初步的伽马光子能谱测量的功能。但是，伽马辐射图像本身只能反映放射性物质的二维角度分布信息，而不能反映伽马辐射剂量率或粒子注量率的二维角度分布，现有技术中关于伽马相机的伽马辐射剂量率或粒子注量率的二维角度分布测量方面的技术还比较少，有待开发。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，该方法实现了利用伽马相机等设备对目标区域内不同方向入射的伽马光子辐射剂量率的二维角度分布的测量。
本发明的第二个目的在于提出一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备。
为达上述目的，根据本发明第一方面实施例提出了一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，包括：伽马相机探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子，并根据所述入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据p，以及根据所述入射的伽马光子在所述伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据E；根据所述能谱数据E获取入射光子能量Epeak，并根据所述投影数据p和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像；根据所述伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布；根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面(α,β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)；根据所述入射光子能量Epeak查找相应的转换系数κ(Epeak)，并根据所述转换系数κ(Epeak)和所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)通过以下公式获取目标区域内所述放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布D(α,β)：D(α,β)＝κ(Epeak)×φ(Epeak)(α,β)。
本发明实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，通过放射性物质的投影数据获取伽马光子的入射光子能量，并根据伽马相机对该入射光子能量的光子的探测效率获取伽马光子到达探测器上的注量率的二维角度分布，并根据《用于光子外照射放射防护的剂量转换系数》中提到的转换系数，来换算得到伽马光子辐射剂量率的二维角度分布，实现了对不同方向的入射的伽马光子的辐射计量信息的测量，相较与传统的辐射计量信息的定量测量，更具有针对性。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述根据所述能谱数据E获取入射光子能量Epeak具体包括：根据所述能谱数据E获取每个所述伽马光子的光子能量；通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave：其中，Ei为所述探测到的伽马光子中第i个伽马光子的光子能量；根据所述伽马光子平均能量Eave获取所述入射光子能量Epeak，其中，Epeak＝Eave×ae+be，其中，ae和be为拟合系数。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述投影数据和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像具体包括：根据所述入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)以及相应的从所述目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)；根据所述传输矩阵M(α,β)和所述探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M；根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M对所述放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M的第j行、i列的元素，Mji表示从所述目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率；通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像求解：其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
所述根据伽马辐射图像获取所述目标角平面各个方向实际入射光子计数率的二维角度分布具体包括：根据所述伽马辐射图像获取实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)，并根据所述实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布N(α,β)/T，其中，T为探测从所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间；所述根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面(α,β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布具体包括：通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：其中，S为所述探测器的有效探测面积。
通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)的对应关系：获取所述目标角平面(α,β)各个方向入射到达所述探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的二维角度分布的第一概率εdet(Epeak)(α,β)；获取所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的二维角度分布的第二概率εcol(Epeak)(α,β)；根据所述第一概率εdet(Epeak)(α,β)和所述第二概率εcol(Epeak)(α,β)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)，其中，ζ(Epeak)(α,β)＝εcol(Epeak)(α,β)×εdet(Epeak)(α,β)。
在本发明的另一些实施例中，所述根据所述投影数据和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像具体包括：根据所述入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)以及相应的从所述目标角平面(α,β)的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)；根据所述传输矩阵M(α,β)和所述探测效率ζ(Epeak)(m,n)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M'；根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M'对所述放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M'的第j行、i列的元素，M'ji表示从所述目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率；通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像求解：其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
所述根据伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布具体包括：根据所述伽马辐射图像获取所述目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)，并根据所述实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布N'(α,β)/T，其中，T为探测从所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间；所述根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布具体包括：通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α，β)：其中，S为所述探测器的有效探测面积。
通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与所述目标角平面(α,β)的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)的对应关系：获取从所述目标角平面的预设角度(αm,βn)入射到达所述探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的第一概率εdet(Epeak)(m,n)；获取从所述目标角平面的预设角度(αm,βn)入射光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的第二概率εcol(Epeak)(m,n)；根据所述第一概率εdet(Epeak)(m,n)和所述第二概率εcol(Epeak)(m,n)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)，其中，ζ(Epeak)(m,n)＝εcol(Epeak)(m,n)×εdet(Epeak)(m,n)。
本发明第二方面实施例提供了一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备，包括：伽马相机，用于探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子，并根据所述入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据p，以及根据所述入射的伽马光子在所述伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据E；投影数据分析模块，用于根据所述能谱数据E获取入射光子能量Epeak，并根据所述投影数据p和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像；注量率分布获取模块，用于根据所述伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布，并根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面(α,β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)；辐射剂量率分布获取模块，用于根据所述入射光子能量Epeak查找相应的转换系数κ(Epeak)，并根据所述转换系数κ(Epeak)和所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)通过以下公式获取目标区域内所述放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布D(α,β)：D(α,β)＝κ(Epeak)×φ(Epeak)(α,β)。
根据本发明实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备，通过放射性物质的能谱数据获取伽马光子的入射光子能量，并根据伽马相机对该入射光子能量的光子的探测效率获取伽马光子到达探测器上的注量率的二维角度分布，并根据《用于光子外照射放射防护的剂量转换系数》中提到的转换系数，来换算得到伽马光子辐射剂量率的二维角度分布，实现了对不同方向的入射的伽马光子的辐射计量信息的测量，相较与传统的辐射计量信息的定量测量，更具有针对性。
在本发明的一些实施例中，所述投影数据分析模块具体用于：根据所述能谱数据E获取每个所述伽马光子的光子能量；通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave：其中，Ei为所述探测到的伽马光子中第i个伽马光子的光子能量；根据所述伽马光子平均能量Eave获取所述入射光子能量Epeak，其中，Epeak＝Eave×ae+be，其中，ae和be为拟合系数。
在本发明的一些实施例中，所述投影数据分析模块具体用于：根据所述入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)以及相应的从所述目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)；根据所述传输矩阵M(α,β)和所述探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M；根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M对所述放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M的第j行、i列的元素，Mji表示从所述目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率；通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像求解：其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
所述注量率分布获取模块具体用于：根据所述伽马辐射图像获取所述目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)，并根据所述实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布N(α,β)/T，其中，T为探测从所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间；通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：其中，S为所述探测器的有效探测面积。
通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)的对应关系：获取所述目标角平面(α,β)各个方向入射到达所述探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的二维角度分布的第一概率εdet(Epeak)(α,β)；获取所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的二维角度分布的第二概率εcol(Epeak)(α,β)；根据所述第一概率εdet(Epeak)(α,β)和所述第二概率εcol(Epeak)(α,β)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)，其中，ζ(Epeak)(α,β)＝εcol(Epeak)(α,β)×εdet(Epeak)(α,β)。
在本发明的另一些实施例中，所述投影数据分析模块具体用于：根据所述入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)以及相应的从所述目标角平面(α,β)的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)；根据所述传输矩阵M(α,β)和所述探测效率ζ(Epeak)(m,n)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M'；根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M'对所述放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M'的第j行、i列的元素，M'ji表示从所述目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率；通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像求解：其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
所述注量率分布获取模块具体用于：根据所述伽马辐射图像获取所述目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)；根据所述实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布N'(α,β)/T，其中，T为探测从所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间；通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：其中，S为所述探测器的有效探测面积。
在本发明一个的实施例中，通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与所述目标角平面(α,β)的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)的对应关系：获取从所述目标角平面的预设角度(αm,βn)入射到达所述探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的第一概率εdet(Epeak)(m,n)；获取从所述目标角平面的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的第二概率εcol(Epeak)(m,n)；根据所述第一概率εdet(Epeak)(m,n)和所述第二概率εcol(Epeak)(m,n)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)，其中，ζ(Epeak)(m,n)＝εcol(Epeak)(m,n)×εdet(Epeak)(m,n)。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法的数据流量示意图；
图3为根据本发明另一个实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法的流程图；
图4为根据本发明一个实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考附图描述根据本发明实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法和设备。
本发明实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法包括：伽马相机探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子，并根据入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据p，以及根据入射的伽马光子在伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据E；根据能谱数据E获取入射光子能量Epeak，并根据投影数据p和入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像；根据伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布；根据实际入射光子计数率的二维角度分布获取目标角平面(α,β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)；根据入射光子能量Epeak查找相应的转换系数κ(Epeak)，并根据转换系数κ(Epeak)和伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)通过以下公式获取目标区域内放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布D(α,β)：D(α,β)＝κ(Epeak)×φ(Epeak)(α,β)。
在本发明的一个实施例中，可根据放射性物质定义的目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的投影数据p和入射光子能量Epeak进行重建以得到目标角平面(α,β)各个方向入射伽马光子的伽马辐射图像，然后根据伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布，进而根据实际入射光子计数率的二维角度分布获取目标角平面(α,β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布。图1为根据本发明一个实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法的流程图。图2为根据本发明一个实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法的数据流量示意图。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，包括：
S101，伽马相机探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面各个方向入射的伽马光子，并根据入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据，以及根据入射的伽马光子在伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据。
在本发明的实施例中，基于伽马相机对放射性物质探测原理，如图2中①和②所示，可通过伽马相机探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α，β)的各个方向入射的伽马光子，经伽马相机的编码板准直器编码被探测器探测，生成放射性物质的伽马光子能谱数据E及投影数据p，投影数据pj为伽马相机的每个探测器像素探测到的伽马光子数目所组成的向量，j＝1,2,…,J，J为伽马相机的探测器像素数；能谱数据E为伽马相机的探测器测到的伽马光子的沉积能量数据。
S102，根据能谱数据获取入射光子能量。
在本发明的一个实施例中，由于采集时间的限制，无法探测到足够数目的伽马光子进行寻峰而准确找到入射光子能量Epeak，在本发明的实施例中，可利用三种核素137Cs(可用18F替代)、99mTc和60Co，进行放射源物质的泛场源照射探测器(有准直器)实验，找到入射光子平均能量Eave与实际采集中的入射光子能量Epeak的关系。具体地，假设入射光子能量为Epeak的伽马光子总数为N，在完成能谱校正后，第i个光子的能量为Ei，可分别求得上述三种核素的平均能量Eave，进而可对Eave和Epeak进行线性拟合，求得拟合系数ae和be，得即可到Eave和Epeak对应关系。
进而可根据投影数据p获取伽马相机探测到的伽马光子的总数量N，然后如图2中③所示，可根据能谱数据E获取伽马相机探测到的每个伽马光子的光子能量，然后通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave：
E ave = 1 N Σ i = 1 N E i ,
其中，Ei为探测到的伽马光子中第i个伽马光子的光子能量，进而如图2中④所示，可根据Eave和Epeak对应关系获取入射光子能量，即根据伽马光子平均能量Eave通过以下公式获取入射光子能量Epeak：
Epeak＝Eave×ae+be，
其中，ae和be为根据上述三种核素的实验数据拟合求得的拟合系数。
S103，根据入射光子能量查找相应的传输矩阵以及相应的从目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布。
在本发明的一个是实施例中，传输矩阵是与入射光子能量相关的参量，已按五个不同的入射光子能量定义了五个传输矩阵，五个不同的入射光子能量范围分别是50～300keV、301～600keV、601～900keV、901～1200keV和1201～1500keV。因而可如图2中⑤所示，可根据从入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)。
在本发明的实施例中，可预先建立目标角平面(α,β)内各方向入射光子能量Epeak与从目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)的对应关系。伽马相机主要由编码板准直器、闪烁晶体、光电倍增管以及电子学组成。入射的伽马光子在穿过编码板准直器和闪烁晶体时，部分光子与准直器和晶体发生作用而被吸收，吸收的效率取决于入射光子能量Epeak。更具体地，可利用三种核素137Cs、99mTc和60Co，进行放射源物质的泛场源照射探测器(有/无准直器)的对比实验，找到入射光子能量Epeak与从目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(α,β)之间的关系。
首先，获取目标角平面(α,β)内各方向入射到达探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的二维角度分布的第一概率εdet(Epeak)(α,β)。
在本发明的实施例中，可通过改变探测器相对放射源的空间位置而改变放射源入射到探测器的方向，并利用三种核素137Cs、99mTc和60Co，进行放射源物质的泛场源照射探测器(无准直器)实验，由定义知道：
不同方向入射到达探测器被有效探测到的总光子数可以从分析投影数据获取，假设放射性源在4π的立体角内均匀出射，放射源在不同方向入射到探测器前表面的总光子数，即在时间t时沉积在NaI晶体的光子数Nt可以使用下面公式进行理论计算：
Ω = S d 2 ,
N 0 = Ω 4 π × A × 3.7 × 10 7 × δ ,
μ＝μm×ρ，
μdet(Epeak)(α,β)＝1-e-μx，
Nt＝N0×μdet(Epeak)(α,β)，
其中，S为闪烁晶体面积(即探测器的有效探测面积)，d为放射源在不同方向时放射源距探测器的距离，Ω为在不同方向入射探测器探测范围的立体角，A为放射性源的活度，以mCi为单位，ρ为衰变常量，μm为NaI的质量衰减系数，μ是线性衰减系数，x为晶体厚度，δ为核素的衰变分支比，1-e-μx为伽马光子束在穿过物质时光子数随距离成负指数衰减，沉积在闪烁晶体中理论概率。进而可根据从分析投影数据获取在不同方向入射时达到探测器被有效利用的总光子数除以放射源到探测器前表面的总光子数Nt获取εdet(Epeak)(α,β)的二维角度分布。
可利用实际测量中三种核素第一概率εdet(Epeak)(α,β)与理论计算效率μdet(Epeak)(α,β)，求得两个效率的比值，即效率修正系数η(Epeak)，并进行二次拟合求得校正系数a、b和c，并在50～1500keV范围内插值。
η(Epeak)＝a×Epeak 2+b×Epeak+c
因而可根据沉积在闪烁晶体效率μdet(Epeak)(α,β)变化趋势，以及求得的效率修正系数η(Epeak)，通过以下公式对探测器的第一概率εdet(Epeak)(α,β)进行校正：
εdet(Epeak)(α,β)＝μdet(Epeak)(α,β)×η(Epeak)。
其次，获取目标角平面内各方向入射的伽马光子穿透探测器的准直器到达探测器表面的二维角度分布的第二概率εcol(Epeak)(α,β)。
在本发明的实施例中，在维持上述其他条件不变利用三种核素进行标定。按定义可以得到，第二概率为放射源在目标区域内以不同方向入射时有无准直器时系统分析投影数据得到的计数率：
对于发明实施例中的准直器，根据编码板的设计，有50％的伽马光子在开孔部分全部通过，另50％的伽马光子在金属钨遮挡下部分通过，并符合指数衰减规律。所以穿过准直器的伽马光子的理论效率(准直器效率)μcol(Epeak)(α,β)为：
μcol(Epeak)(α,β)＝0.5×(1+e-μx)，
其中μ是金属钨的线性衰减系数，x为准直器的厚度。
利用实际测量中三种核素以不同方向入射的准直器效率与模拟计算的值进行比值求得两个效率的比值，即效率修正系数ε(Epeak)，再进行二次拟合求得校正系数a、b和c，在50～1500keV范围内插值，
ε(Epeak)＝a×Epeak 2+b×Epeak+c。
根据准直器效率μcol(Epeak)(α,β)变化趋势，以及求得的效率修正系数ε(Epeak)，对第二概率εcol(Epeak)(α,β)进行校正，
εcol(Epeak)(α,β)＝μcol(Epeak)(α,β)×ε(Epeak)。
然后通过以下公式根据第一概率εdet(Epeak)(α,β)和第二概率εcol(Epeak)(α,β)获取与入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(α,β)的二维角度分布：
ζ(Epeak)(α,β)＝εcol(Epeak)(α,β)×εdet(Epeak)(α,β)，
进而，建立了在各方向入射时不同入射光子能量与伽马光子的探测效率二维角度分布之间的对应关系。
S104，根据传输矩阵和从目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布获取考虑实际传输效率的传输矩阵。
在本发明的实施例中，可将目标角平面(α,β)离散化为I个角平面像素，fi为自离散化后的(αi,βi)方向入射到伽马相机的伽马光子数量，则由fi所组成的向量f表示离散化的目标角平面(α,β)上的放射性物质分布f(α,β)，i＝1,2,…,I。可通过采用蒙特卡洛模拟仿真与实验数据标定相结合的方法对投影数据进行重建得到具有定量信息的伽马辐射图像。其中，伽马辐射图像为沿不同方向入射到伽马相机所在位置的光子数量的分布。
在本发明的一个实施例中，具体地，可通过以下公式由传输矩阵M(α,β)和探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)相乘获取考虑实际传输效率的传输矩阵M：
M＝M(α,β)×ζ(Epeak)(α,β)。
S105，根据考虑实际传输效率的传输矩阵对放射性物质的投影数据进行重建以得到伽马辐射图像。
在本发明的一个实施例中，如图2中⑧所示，根据考虑实际传输效率的传输矩阵M对放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像
其中，
i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为探测器的第j个像素在目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M的第j行、i列的元素，Mji表示从目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在伽马相机的探测器的第j个像素上被探测到的概率。
在本发明的实施例中，可通过以下期望最大化的统计迭代算法对伽马辐射图像求解：
其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
S106，根据伽马辐射图像获取目标角平面各个方向实际入射光子数量的二维角度分布，并根据实际入射光子数量的二维角度分布获取实际入射光子计数率的二维角度分布。
在本发明的实施例中，具体地，首先可如图2中⑨所示，根据伽马辐射图像获取目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)获取在预设时间T内目标角平面(α,β)各个方向入射光子被有效探测到，进而如图2中⑩和所示根据实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)获取实际入射光子计数率的二维角度分布N(α,β)/T，其中，T为探测从目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间。
S107，根据实际入射光子计数率的二维角度分布获取伽马光子的注量率的二维角度分布。
在本发明的一个具体实施例中，如图2中所示，可根据实际入射光子计数率的二维角度分布N(α,β)/T通过以下公式计算伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：
φ ( E peak ) ( α , β ) = N ( α , β ) S × T ,
其中，S为伽马相机的探测器的有效探测面积。
S108，根据入射光子能量查找相应的转换系数，并根据转换系数和伽马光子的注量率的二维角度分布获取目标区域内放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布。
在本发明的实施例中，可根据国家卫生部发布职业卫生标准GBZ/T144-2002文件《用于光子外照射放射防护的剂量转换系数》中提到的转换系数，是与入射光子能量相关的参量，因此，可如图2中⑦所示，根据获取到的入射光子能量查找相应的转换系数κ(Epeak)，并如图2中所示，根据以下公式得到目标区域内放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布D(α,β)：
D(α,β)＝κ(Epeak)×φ(Epeak)(α,β)。
在本发明的另一个实施例中，为简化图1所示实施例中获取实际入射光子计数率的二维角度分布的方法，可根据入射光子能量Epeak查找到相应的传输矩阵M以及相应的从目标角平面(α,β)的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)，并据此获取考虑际传输效率的传输矩阵M'，进而根据M'对放射性物质的的投影数据进行重建以得到伽马辐射图像并根据伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布。图3为根据本发明另一个实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法的流程图。
如图2和图3所示，根据本发明实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，包括：
S301，伽马相机探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面各个方向入射的伽马光子，并根据入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据，以及根据入射的伽马光子在伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据。
S302，根据能谱数据获取入射光子能量。
S303，根据入射光子能量查找相应的传输矩阵以及相应的从目标角平面的预设角度入射的伽马光子的探测效率。
在本发明的实施例中，根据入射光子能量查找相应的传输矩阵与图1所示实施例中相同，在此不再说明。
在本发明的实施例中，可预先建立从目标角平面(α,β)内各个方向入射光子能量Epeak与目标角平面(α,β)的任意一个预设角度(αm,βn)如(0，0)的方向入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)的对应关系。伽马相机主要由编码板准直器、闪烁晶体、光电倍增管以及电子学组成。入射的伽马光子在穿过编码板准直器和闪烁晶体时，部分光子与准直器和晶体发生作用而被吸收，吸收的效率取决于入射光子能量Epeak。更具体地，可利用三种核素137Cs、99mTc和60Co，进行放射源物质的泛场源照射探测器(有/无准直器)的对比实验，找到入射光子能量Epeak与目标角平面(α,β)的任意一个预设角度(αm,βn)的方向入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)之间的关系。
首先，获取入射光子能量为Epeak且从目标角平面(α,β)任意一个预设角度(αm,βn)如(0，0)的方向入射到达探测器前表面的伽马光子被探测到的第一概率εdet(Epeak)(m,n)。
在本发明的实施例中，可利用三种核素137Cs、99mTc和60Co，进行放射源物质的泛场源照射探测器(无准直器)实验，由定义知道：
到达探测器被有效利用的总光子数可以从分析投影数据获取，假设放射性源在4π的立体角内均匀出射，放射源在不同角度入射到探测器前表面的总光子数，即在时间t时沉积在NaI晶体的光子数Nt可以使用下面公式进行理论计算：
Ω = S d 2 ,
N 0 = Ω 4 π × A × 3.7 × 10 7 × δ ,
μ＝μm×ρ，
μdet(Epeak)(m,n)＝1-e-μx，
Nt＝N0×μdet(Epeak)(m,n)，
其中，S为闪烁晶体面积(即探测器的有效探测面积)，d为放射源在不同角度时放射源距探测器的距离，Ω为在预设角度(αm,βn)入射探测器探测范围的立体角，A为放射性源的活度，以mCi为单位，ρ为衰变常量，μm为NaI的质量衰减系数，μ是线性衰减系数，x为晶体厚度，δ为核素的衰变分支比，1-e-μx为伽马光子束在穿过物质时光子数随距离成负指数衰减，沉积在闪烁晶体中理论概率。进而可根据从分析投影数据获取到达探测器被有效利用的总光子数除以放射源到探测器前表面的总光子数Nt获取εdet(Epeak)(m,n)。
可利用实际测量中三种核素第一概率εdet(Epeak)(m,n)与理论计算效率μdet(Epeak)(m,n)，求得两个效率的比值，即效率修正系数η(Epeak)，并进行二次拟合求得校正系数a、b和c，并在50～1500keV范围内插值。
η(Epeak)＝a×Epeak 2+b×Epeak+c
因而可根据沉积在闪烁晶体效率μdet(Epeak)(m,n)变化趋势，以及求得的效率修正系数η(Epeak)，通过以下公式对探测器的第一概率εdet(Epeak)(m,n)进行校正：
εdet(Epeak)(m,n)＝μdet(Epeak)(m,n)×η(Epeak)。
其次，获取目标角平面内一个预设角度(αm,βn)如(0，0)的方向入射的伽马光子穿透探测器的准直器到达探测器表面的第二概率εcol(Epeak)(m,n)。
在本发明的实施例中，在维持上述其他条件不变利用三种核素进行标定。按定义可以得到，第二概率为放射源在目标角平面内一个预设角度(αm,βn)如(0，0)的方向入射时有无准直器时系统分析投影数据得到的计数率：
对于发明实施例中的准直器，根据编码板的设计，有50％的伽马光子在开孔部分全部通过，另50％的伽马光子在金属钨遮挡下部分通过，并符合指数衰减规律。所以穿过准直器的伽马光子的理论效率(准直器效率)μcol(Epeak)(m,n)为：
μcol(Epeak)(m,n)＝0.5×(1+e-μx)，
其中μ是金属钨的线性衰减系数，x为准直器的厚度。
利用实际测量中三种核素以相同预设角度(αm,βn)如(0,0)入射的准直器效率与模拟计算的值进行比值求得两个效率的比值，即效率修正系数ε，再进行二次拟合求得校正系数a、b和c，在50～1500keV范围内插值。
ε(Epeak)＝a×Epeak 2+b×Epeak+c
根据准直器效率μcol(Epeak)(m,n)的变化趋势，以及求得的效率修正系数ε(Epeak)，对第二概率εcol(Epeak)(m,n)进行校正：
εcol(Epeak)(m,n)＝μcol(Epeak)(m,n)×ε(Epeak)。
然后通过以下公式根据第一概率εdet(Epeak)(m,n)和第二概率εcol(Epeak)(m,n)获取与入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)：
ζ(Epeak)(m,n)＝εcol(Epeak)(m,n)×εdet(Epeak)(m,n)，
进而，建立了不同入射光子能量与在目标角平面任意一角度的方向入射的伽马光子的探测效率之间的对应关系。
S304，根据传输矩阵和从目标角平面的预设角度入射的伽马光子的探测效率获取考虑实际传输效率的传输矩阵。
在本发明的一个实施例中，具体地，可通过以下公式由传输矩阵M(α,β)和探测效率ζ(Epeak)(m,n)相乘获取考虑实际传输效率的传输矩阵M'：
M'＝M(α,β)×ζ(Epeak)(m,n)。
S305，根据考虑实际传输效率的传输矩阵对放射性物质的投影数据进行重建以得到伽马辐射图像。
在本发明的一个实施例中，如图2中⑧所示，根据考虑实际传输效率的传输矩阵M'对放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，
其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为探测器的第j个像素在目标角平面(α,β)的各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M'的第j行、i列的元素，M'ji表示从目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在伽马相机的探测器的第j个像素上被探测到的概率。
然后，通过以下期望最大化的统计迭代算法对求解：
其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
S306，根据伽马辐射图像获取目标角平面各个方向实际入射光子数量的二维角度分布，并根据实际入射光子数量的二维角度分布获取实际入射光子计数率的二维角度分布。
在本发明的实施例中，具体地，首先可如图2中⑨所示，根据伽马辐射图像获取目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)获取在预设时间T内目标角平面(α,β)各个方向入射光子被有效探测到，进而如图2中⑩和所示根据实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)获取实际入射光子计数率的二维角度分布N'(α,β)/T，其中，T为探测从目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间。
S307，根据实际入射光子计数率的二维角度分布获取伽马光子的注量率的二维角度分布。
在本发明的一个具体实施例中，如图2中所示，可根据实际入射光子计数率的二维角度分布N'(α,β)/T通过以下公式计算伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：
φ ( E peak ) ( α , β ) = N ′ ( α , β ) S × T ,
其中，S为伽马相机的探测器的有效探测面积。
S308，根据入射光子能量查找相应的转换系数，并根据转换系数和伽马光子的注量率的二维角度分布获取目标区域内放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布。
在本发明的实施例中，可根据国家卫生部发布职业卫生标准GBZ/T144-2002文件《用于光子外照射放射防护的剂量转换系数》中提到的转换系数，是与入射光子能量相关的参量，因此，可如图2中⑦所示，根据获取到的入射光子能量查找相应的转换系数κ(Epeak)，并如图2中所示，根据以下公式得到目标区域内放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布D(α,β)：
D(α,β)＝κ(Epeak)×φ(Epeak)(α,β)。
本发明实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，通过放射性物质的投影数据获取伽马光子的入射光子能量，并根据伽马相机对该入射光子能量的光子的探测效率获取伽马光子到达探测器上的注量率的二维角度分布，并根据《用于光子外照射放射防护的剂量转换系数》中提到的转换系数，来换算得到伽马光子辐射剂量率的二维角度分布，实现了对不同方向入射的伽马光子的辐射计量信息的测量，相较与传统的辐射计量信息的定量测量，更具有针对性。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备。
图4为根据本发明一个实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备的结构示意图。
如图4所示，根据本发明实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备，包括：伽马相机10、投影数据分析模块20、注量率分布获取模块30和辐射剂量率分布获取模块40。
具体地，伽马相机10用于探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子，并根据入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据p，以及根据入射的伽马光子在伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据E。在本发明的实施例中，基于伽马相机对放射性物质探测原理，如图2中①和②所示，可通过伽马相机探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α，β)的各个方向入射的伽马光子，经伽马相机的编码板准直器编码被探测器探测，生成放射性物质的伽马光子能谱数据E及投影数据p，投影数据pj为伽马相机的每个探测器像素探测到的伽马光子数目所组成的向量，j＝1,2,…,J，J为伽马相机的探测器像素数；能谱数据E为伽马相机的探测器测到的伽马光子的沉积能量数据。
投影数据分析模块20用于根据能谱数据E获取入射光子能量Epeak，并根据投影数据p和入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像。
在本发明的一个实施例中，由于采集时间的限制，无法探测到足够数目的伽马光子进行寻峰而准确找到入射光子能量Epeak，在本发明的实施例中，可利用三种核素137Cs(可用18F替代)、99mTc和60Co，进行放射源物质的泛场源照射探测器(有准直器)实验，找到入射光子平均能量Eave与实际采集中的入射光子能量Epeak的关系。具体地，假设入射光子能量为Epeak的伽马光子总数为N，在完成能谱校正后，第i个光子的能量为Ei，可分别求得上述三种核素的平均能量Eave，进而可对Eave和Epeak进行线性拟合，求得拟合系数ae和be，得即可到Eave和Epeak对应关系。
进而可根据投影数据p获取伽马相机探测到的伽马光子的总数量N，然后如图2中③所示，可根据能谱数据E获取伽马相机探测到的每个伽马光子的光子能量，然后通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave：
E ave = 1 N Σ i = 1 N E i ,
其中，Ei为探测到的伽马光子中第i个伽马光子的光子能量，进而如图2中④所示，可根据Eave和Epeak对应关系获取入射光子能量，即根据伽马光子平均能量Eave通过以下公式获取入射光子能量Epeak：
Epeak＝Eave×ae+be，
其中，ae和be为根据上述三种核素的实验数据拟合求得的拟合系数。
在本发明的实施例中，可将目标角平面(α,β)离散化为I个角平面像素，fi为自离散化后的(αi,βi)方向入射到伽马相机的伽马光子数量，则由fi所组成的向量f表示离散化的目标角平面(α,β)上的放射性物质分布f(α,β)，i＝1,2,…,I。可通过采用蒙特卡洛模拟仿真与实验数据标定相结合的方法对投影数据进行重建得到具有定量信息的伽马辐射图像。其中，伽马辐射图像为沿不同方向入射到伽马相机所在位置的光子数量的分布。
在本发明的实施例中，传输矩阵是与入射光子能量相关的参量，已按五个不同的入射光子能量定义了五个传输矩阵，五个不同的入射光子能量范围分别是50～300keV、301～600keV、601～900keV、901～1200keV和1201～1500keV。并且可预先建立入射光子能量与目标角平面内各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布的对应关系。
更具体地，在本发明的一个实施例中，投影数据分析模块20首先可根据入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)以及相应的从目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)，并通过以下公式根据传输矩阵M(α,β)和探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)相乘获取考虑实际传输效率的传输矩阵M：M＝M(α,β)×ζ(Epeak)(α,β)。进而，如图2中⑧所示，根据考虑实际传输效率的传输矩阵M对放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为探测器的第j个像素在目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M的第j行、i列的元素，Mji表示从目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在伽马相机的探测器的第j个像素上被探测到的概率。并通过以下期望最大化的统计迭代算法对伽马辐射图像求解：
其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
在本发明的另一个实施例中，投影数据分析模块20可根据入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)以及相应的从目标角平面预设角度(αm,βn)入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)，并通过以下公式根据传输矩阵M(α,β)和探测效率ζ(Epeak)(m,n)相乘获取考虑实际传输效率的传输矩阵M'：M'＝M(α,β)×ζ(Epeak)(m,n)。进而，如图2中⑧所示，根据考虑实际传输效率的传输矩阵M'对放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为探测器的第j个像素在目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M'的第j行、i列的元素，M'ji表示从目标角平面(αi,βi)的预设角度(αm,βn)的方向入射的伽马光子在伽马相机的探测器的第j个像素上被探测到的概率。并通过以下期望最大化的统计迭代算法对伽马辐射图像求解：
其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
注量率分布获取模块30用于根据伽马辐射图像获取目标角平面各个方向实际入射光子计数率的二维角度分布，并根据实际入射光子计数率的二维角度分布获取目标角平面(α,β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)。
具体地，在本发明的一个实施例中，对于伽马辐射图像注量率分布获取模块30可根据伽马辐射图像获取目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)，并根据实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)获取实际入射光子计数率的二维角度分布N(α,β)/T，其中，T为探测从目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间。进而，可根据实际入射光子计数率的二维角度分布N(α,β)/T通过以下公式计算伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：
φ ( E peak ) ( α , β ) = N ( α , β ) S × T ,
其中，S为伽马相机的探测器的有效探测面积。
在本发明的另一个实施例中，对于伽马辐射图像注量率分布获取模块30可根据伽马辐射图像获取目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)，并根据实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)获取实际入射光子计数率的二维角度分布N'(α,β)/T，其中，T为探测从目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间。进而，可根据实际入射光子计数率的二维角度分布N'(α,β)/T通过以下公式计算伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：
φ ( E peak ) ( α , β ) = N ′ ( α , β ) S × T ,
其中，S为伽马相机的探测器的有效探测面积。
辐射剂量率分布获取模块40用于根据入射光子能量Epeak查找相应的转换系数κ(Epeak)，并根据转换系数κ(Epeak)和伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)通过以下公式获取目标区域内放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布D(α,β)：
D(α,β)＝κ(Epeak)×φ(Epeak)(α,β)。
在本发明的实施例中，可根据国家卫生部发布职业卫生标准GBZ/T144-2002文件《用于光子外照射放射防护的剂量转换系数》中提到的转换系数，是与入射光子能量相关的参量，因此，可根据获取到的入射光子能量查找相应的转换系数κ(Epeak)，并根据上述公式得到入射光子注量率的二维角度分布。
本发明实施例的放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备，通过放射性物质的投影数据获取伽马光子的入射光子能量，并根据伽马相机对该入射光子能量的光子的探测效率获取伽马光子到达探测器上的注量率的二维角度分布，并根据《用于光子外照射放射防护的剂量转换系数》中提到的转换系数，来换算得到伽马光子辐射剂量率的二维角度分布，实现了对不同方向的入射的伽马光子的辐射计量信息的测量，相较与传统的辐射计量信息的定量测量，更具有针对性。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (16)

1.一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量方法，其特征在于，包括：
伽马相机探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子，并根据所述入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据p，以及根据所述入射的伽马光子在所述伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据E；
根据所述能谱数据E获取入射光子能量Epeak，并根据所述投影数据p和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像；
根据所述伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布；
根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面(α,β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)；
根据所述入射光子能量Epeak查找相应的转换系数κ(Epeak)，并根据所述转换系数κ(Epeak)和所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)通过以下公式获取目标区域内所述放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布D(α,β)：
D(α,β)＝κ(Epeak)×φ(Epeak)(α,β)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述能谱数据E获取入射光子能量Epeak具体包括：
根据所述能谱数据E获取每个所述伽马光子的光子能量；
通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave：
E ave = 1 N Σ i = 1 N E i ,
其中，Ei为所述探测到的伽马光子中第i个伽马光子的光子能量；
根据所述伽马光子平均能量Eave获取所述入射光子能量Epeak，其中，
Epeak＝Eave×ae+be，
其中，ae和be为拟合系数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述投影数据和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像具体包括：
根据所述入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)以及相应的从所述目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)；
根据所述传输矩阵M(α,β)和所述探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M；
根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M对所述放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，
其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M的第j行、i列的元素，Mji表示从所述目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率；
通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像求解：
其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述根据伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布具体包括：
根据所述伽马辐射图像获取所述目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)，并根据所述实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布N(α,β)/T，其中，T为探测从所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间；
所述根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布具体包括：
通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：
φ ( E peak ) ( α , β ) = N ( α , β ) S × T ,
其中，S为所述探测器的有效探测面积。
5.如权利要求3-4任一项所述的方法，其特征在于，通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)的对应关系：
获取所述目标角平面(α,β)各个方向入射到达所述探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的二维角度分布的第一概率εdet(Epeak)(α,β)；
获取所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的二维角度分布的第二概率εcol(Epeak)(α,β)；
根据所述第一概率εdet(Epeak)(α,β)和所述第二概率εcol(Epeak)(α,β)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)，其中，
ζ(Epeak)(α,β)＝εcol(Epeak)(α,β)×εdet(Epeak)(α,β)。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述投影数据和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像具体包括：
根据所述入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)以及相应的从所述目标角平面(α,β)的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)；
根据所述传输矩阵M(α,β)和所述探测效率ζ(Epeak)(m,n)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M'；
根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M'对所述放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，
其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M'的第j行、i列的元素，M'ji表示从所述目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率；
通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像求解：
其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述根据伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布具体包括：
根据所述伽马辐射图像获取所述目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)，并根据所述实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布N'(α,β)/T，其中，T为探测从所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间；
所述根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布具体包括：
通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：
φ ( E peak ) ( α , β ) = N ′ ( α , β ) S × T ,
其中，S为所述探测器的有效探测面积。
8.如权利要求6-7任一项所述的方法，其特征在于，通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与所述目标角平面(α,β)的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)的对应关系：
获取从所述目标角平面的预设角度(αm,βn)入射到达所述探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的第一概率εdet(Epeak)(m,n)；
获取从所述目标角平面的预设角度(αm,βn)的入射光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的第二概率εcol(Epeak)(m,n)；
根据所述第一概率εdet(Epeak)(m,n)和所述第二概率εcol(Epeak)(m,n)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)，其中，
ζ(Epeak)(m,n)＝εcol(Epeak)(m,n)×εdet(Epeak)(m,n)。
9.一种放射性物质辐射剂量率的二维角度分布的测量设备，其特征在于，包括：
伽马相机，用于探测目标区域内从放射性物质定义的目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子，并根据所述入射的伽马光子及其相应的探测作用位置重组生成矢量投影数据p，以及根据所述入射的伽马光子在所述伽马相机的探测器中沉积能量重组生成矢量能谱数据E；
投影数据分析模块，用于根据所述能谱数据E获取入射光子能量Epeak，并根据所述投影数据p和所述入射光子能量Epeak重建得到伽马辐射图像；
注量率分布获取模块，用于根据所述伽马辐射图像获取实际入射光子计数率的二维角度分布，并根据所述实际入射光子计数率的二维角度分布获取所述目标角平面(α,β)各个方向伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)；
辐射剂量率分布获取模块，用于根据所述入射光子能量Epeak查找相应的转换系数κ(Epeak)，并根据所述转换系数κ(Epeak)和所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)通过以下公式获取目标区域内所述放射性物质对伽马相机位置辐射剂量率的二维角度分布D(α,β)：
D(α,β)＝κ(Epeak)×φ(Epeak)(α,β)。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述投影数据分析模块具体用于：
根据所述能谱数据E获取每个所述伽马光子的光子能量；
通过以下公式获取伽马光子平均能量Eave：
E ave = 1 N Σ i = 1 N E i ,
其中，Ei为所述探测到的伽马光子中第i个伽马光子的光子能量；
根据所述伽马光子平均能量Eave获取所述入射光子能量Epeak，其中，
Epeak＝Eave×ae+be，
其中，ae和be为拟合系数。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述投影数据分析模块具体用于：
根据所述入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)以及相应的从所述目标角平面各个方向入射的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)；
根据所述传输矩阵M(α,β)和所述探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M；
根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M对所述放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，
其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M的第j行、i列的元素，Mji表示从所述目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率；
通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像求解：
其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述注量率分布获取模块具体用于：
根据所述伽马辐射图像获取所述目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)，并根据所述实际入射光子数量的二维角度分布N(α,β)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布N(α,β)/T，其中，T为探测从所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间；
通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：
φ ( E peak ) ( α , β ) = N ( α , β ) S × T ,
其中，S为所述探测器的有效探测面积。
13.如权利要求11-12任一项所述的设备，其特征在于，通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)的对应关系：
获取所述目标角平面(α,β)各个方向入射到达所述探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的二维角度分布的第一概率εdet(Epeak)(α,β)；
获取所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的二维角度分布的第二概率εcol(Epeak)(α,β)；
根据所述第一概率εdet(Epeak)(α,β)和所述第二概率εcol(Epeak)(α,β)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率的二维角度分布ζ(Epeak)(α,β)，其中，
ζ(Epeak)(α,β)＝εcol(Epeak)(α,β)×εdet(Epeak)(α,β)。
14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述投影数据分析模块具体用于：
根据所述入射光子能量Epeak查找相应的传输矩阵M(α,β)以及相应的从所述目标角平面(α,β)的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)；
根据所述传输矩阵M(α,β)和所述探测效率ζ(Epeak)(m,n)获取考虑实际传输效率的传输矩阵M'；
根据所述考虑实际传输效率的传输矩阵M'对所述放射性物质的投影数据p进行重建以得到伽马辐射图像其中，
其中，i＝1,2,…,I，j＝1,2,…,J，pj为所述探测器的第j个像素在所述目标角平面(α,β)各个方向探测到的伽马光子数量组成的向量，M'的第j行、i列的元素，M'ji表示从所述目标角平面(α,β)的(αi,βi)方向入射的伽马光子在所述伽马相机的所述探测器的第j个像素上被探测到的概率；
通过以下期望最大化的统计迭代算法对所述伽马辐射图像求解：
其中，为第n次迭代得到的伽马辐射图像中第i个像素的像素估计值，i＝1,2,…,I。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述注量率分布获取模块具体用于：
根据所述伽马辐射图像获取所述目标角平面(α,β)各个方向实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)；
根据所述实际入射光子数量的二维角度分布N'(α,β)获取所述实际入射光子计数率的二维角度分布N'(α,β)/T，其中，T为探测从所述目标角平面(α,β)各个方向入射的伽马光子的探测时间；
通过以下公式获取所述伽马光子的注量率的二维角度分布φ(Epeak)(α,β)：
φ ( E peak ) ( α , β ) = N ′ ( α , β ) S × T ,
其中，S为所述探测器的有效探测面积。
16.如权利要求14-15任一项所述的设备，其特征在于，通过以下步骤预先建立入射光子能量Epeak与所述目标角平面(α,β)的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)的对应关系：
获取从所述目标角平面的预设角度(αm,βn)入射到达所述探测器前表面的能量为Epeak的伽马光子被探测到的第一概率εdet(Epeak)(m,n)；
获取从所述目标角平面的预设角度(αm,βn)入射的伽马光子穿透所述探测器的准直器到达所述探测器表面的第二概率εcol(Epeak)(m,n)；
根据所述第一概率εdet(Epeak)(m,n)和所述第二概率εcol(Epeak)(m,n)获取与所述入射光子能量Epeak对应的伽马光子的探测效率ζ(Epeak)(m,n)，其中，
ζ(Epeak)(m,n)＝εcol(Epeak)(m,n)×εdet(Epeak)(m,n)。
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