CN108363091A - 4π全景放射源定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种4π全景放射源定位系统。其中，该系统包括：外壳，其中，外壳为球型壳；在球型壳中设置有球型芯，球形芯是由屏蔽防护材料构成；在球型壳表面均匀设置若干探测器单元，探测器单元由闪烁晶体和光电探测器组合而成或者由半导体探测器构成；每个探测器单元对应一个探测器向量，探测器向量的方向为相对应的探测器单元中心到球型芯中心的连线方向,探测器向量的模为探测器单元的计数值；通过探测器向量的总和确定放射源的位置的方式，通过使用球形外壳和探测器向量，达到了全景探测放射源的目的，从而使得放射源的探测更加准确，探测范围更加广，节约成本，解决了由于探测器结构造成的探测放射源方向范围受限的技术问题。

Description

4π全景放射源定位系统及方法

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术领域，具体而言，涉及一种4π全景放射源定位系统及方法。

背景技术

放射源广泛存在于工业、农业、医学等多个领域，比如，食物灭菌、无损探伤、核医学检查、放射治疗等。由于放射源由于能量高，可以造成电离辐射、引起细胞的病变或破坏细胞组织等问题，从而对人体造成伤害，因而具有较大的潜在危险性，所以极其需要对放射源进行严格管理和有效的全面监控。当放射源发生泄露、丢失时，更加需要能够对放射源进行快速寻找和定位，以降低其带来的危害和不良社会效应。

近年来基于编码板的成像探测器被应用于放射源监测和寻找，但是这些探测器的成像视野有限。为实现全景探测，可通过多个编码板探测器在环形或者圆柱形均布，实现360度视野的核辐射探测，但是该方法较为笨重，且成本高，除此之外，该方式只由于探测器的分布问题，只能使探测局限在同一水平面内的360度探测，容易遗漏或者无法探测空中或者其他纵向方向上的探测。

针对上述现有技术中存在的探测放射源方向范围受限的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种4π全景放射源定位系统，以至少解决由于探测器结构造成的探测放射源方向范围受限的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种4π全景放射源定位系统，包括：外壳，其中，所述外壳为球型壳；在所述球型壳中设置有球型芯，其中，球形芯是由屏蔽防护材料构成；在所述球型壳表面均匀设置若干探测器单元，其中，所述探测器单元由闪烁晶体和光电探测器组合而成或者由半导体探测器构成；每个探测器单元对应一个探测器向量，其中，所述探测器向量的方向为相对应的探测器单元中心到球型芯中心的连线方向,探测器向量的模为探测器单元的计数值；通过所述探测器向量的总和确定放射源的位置。

进一步地，所述探测器单元的数量大于等于5个。

进一步地，所述球型壳的表面均匀分割有32个平面，每个平面至少设置一个所述探测器单元。

进一步地，所述球型壳为可拆卸式，所述球型壳分为两瓣球壳，两瓣球壳的连接位置处分别设置有相互配合的扇叶，当球型壳组装时，所述扇叶进行插合组装。

进一步地，所述屏蔽防护材料为钨、铅、铁、钢、铝中的一种或多种，所述屏蔽防护材料可拆卸更换。

进一步地，一个或多个可见光摄像头，所述可见光摄像头用于获取放射源位置的可见光图像，并且将放射源位置的探测分布图与所述可见光图像配准融合后显示。

进一步地，所述外壳是圆柱形，所述探测器单元均匀设置在外壳表面。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种全景放射源定位方法，包括：获取所述探测器单元的信号，其中，所述信息包括所述探测器单元的计数值；根据所述探测器单元的信号将每个探测器单元对应一个探测器向量，其中，所述探测器向量的方向为相对应的探测器单元中心到球型芯中心的连线方向,探测器向量的模为探测器单元的计数值；通过所述探测器向量的总向量和确定放射源的位置。

进一步地，根据每个探测器单元的信号将每个探测器单元对应一个探测器向量，包括：将所述探测器单元按照顺时针编号为1至n，每个探测器单元以极坐标表示，编i探测器对应(i-1)/n×360度，每个探测器单元赋予一个对应的探测器向量Vi,其中，i＝1-n,n为所述探测器单元的个数，所述探测器向量的模为探测器单元i的计数值。

进一步地，获取每个探测器单元的信号之后包括：通过预先存储的查找表对新获取的探测器单元的信号进行匹配，其中，所述查找表存储的信息包括每个探测器单元的历史计数分布情况以及放射源的历史射线能量；根据匹配结果估算放射源的射线的入射的俯仰角。

在本发明实施例中，采用外壳，其中，所述外壳为球型壳；在所述球型壳中设置有球型芯，其中，球形芯是由屏蔽防护材料构成；在所述球型壳表面均匀设置若干探测器单元，其中，所述探测器单元由闪烁晶体和光电探测器组合而成或者由半导体探测器构成；每个探测器单元对应一个探测器向量，其中，所述探测器向量的方向为相对应的探测器单元中心到球型芯中心的连线方向；探测器向量的模为探测器单元的计数值，通过所述探测器向量的总和确定放射源的位置的方式，通过使用球形外壳和探测器向量，达到了4π全景探测放射源的目的，从而在降低成本的前提下使得放射源的探测更加准确，探测范围更加广，节约成本，进而解决了现有技术中由于探测器结构造成的探测放射源方向范围受限的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种4π全景放射源定位系统结构示意图；

图2是根据本发明实施例的4π全景放射源定位系统探测器单元外壳的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种4π全景放射源定位系统圆柱形俯示图；

图4是根据本发明实施例的一种4π全景放射源定位系统圆柱形示意图；

图5是根据发明实施例得到的探测器单元计数分布雷达图；

图6是根据本发明实施例的一种4π全景放射源定位的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种4π全景放射源定位系统，包括：外壳，其中，外壳为球型壳；在球型壳中设置有球型芯，其中，外壳的材料可以是金属、塑料等，球形芯是由屏蔽防护材料构成；在球型壳表面均匀设置若干探测器单元，其中，探测器单元由闪烁晶体和光电探测器组合而成或者由半导体探测器构成；每个探测器单元对应一个探测器向量，其中，探测器向量的方向为相对应的探测器单元中心到球型芯中心的连线方向；探测器向量的模为探测器单元的计数值，通过探测器向量的总和确定放射源的位置。

上述全景放射源定位系统适用于高能伽马射线源的探测，所有探测器单元由多通道读取出信号或位置加权电路读出信号，上述多个探测器单元均匀围绕高密度球形高密度材料，上述探测器单元可进行独立计数。

上述探测器单元均匀的分布在球型壳表面是为了更加准确的通过其各自对应的探测器向量计算放射源的位置，由于是球形的外壳，所以在球形的上下左右前后各个方向的探测范围内都可以进行准确的探测计算，而现有技术的探测器则需要各种移动转动探测器才能避免遗漏其他方向的放射源，操作麻烦，并且人为的移动转动很容易造成探测遗漏，难以准确的探测，费时费力，准确性低。

本实施例通过使用球形外壳和探测器向量，达到了4π全景探测放射源的目的，解决了现有技术中由于探测器结构造成的探测放射源方向范围受限的技术问题。从而在降低成本的前提下使得放射源的探测更加准确，探测范围更加广，避免盲目搜索，提高了放射源搜寻的效率。

为了保证探测器可以进行4π全景寻源，在一个可选的实施方式中，探测器单元的数量优选大于等于5个，根据需要选择合适的探测器数量从而节约成本。

如图1所示，在一个可选的实施方式中，球型壳的表面均匀分割有32个平面，每个平面至少设置一个探测器单元。通过上述实施方式使得设备简单、轻便、成本低廉。

在进行探测时，不同的放射源需要不同的屏蔽防护材料常常需要准备多个探测器，成本高昂不便于携带，如图2所示，在一个可选的实施方式中，球型壳为可拆卸式，球型壳分为两瓣球壳，两瓣球壳的连接位置处分别设置有相互配合的扇叶，当球型壳组装时，扇叶进行插合组装。通过上述拆卸球形壳体的方式，使得探测时随时可以根据探测源的不同便于拆卸更换球型壳中间的金属球芯，使得设备的使用更加简单、轻便、成本低廉。同时，为了便于拆卸后的准确严密安装，设置相互配合的扇叶，使得在安装时，各个扇叶呈锯齿状咬合，从而使得安装更加严密保证了仪器的精密度。

根据不同的放射源选取不同的屏蔽防护材料，在一个可选的实施方式中，屏蔽防护材料可以为钨、铅、铁、钢、铝中的一种或多种，屏蔽防护材料可拆卸更换。

在一个可选的实施方式中，系统还包括一个或多个可见光摄像头，可见光摄像头用于获取放射源位置的可见光图像，并且将放射源位置的探测分布图与可见光图像配准融合后显示，避免盲目搜索，保证探测结果的准确度。图5是本发明实施例得到的探测器单元计数分布雷达图。

上述探测系统可以放置于汽车、无人机、直升飞机等移动设备上，通过探测器测量获得的方向控制移动设备向放射源移动。也可以结合移动设备上的摄像头进行探测，从而使得探测结果更加准确。

如图3、图4所示，在一个可选的实施方式中，外壳是圆柱形，探测器单元1均匀设置在外壳表面，衰减圆柱体2置于外壳表面。

根据本发明实施例，提供了一种4π全景放射源定位方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图6是根据本发明实施例的一种4π全景放射源定位方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S602，获取探测器单元的信号，其中，信息包括探测器单元的计数值；

步骤S604，根据探测器单元的信号将每个探测器单元对应一个探测器向量，其中，探测器向量的方向为相对应的探测器单元中心到球型芯中心的连线方向，探测器向量的模为探测器单元的计数值；

步骤S606，通过探测器向量的总向量和确定放射源的位置。

现有技术中探测源的方向判断方式误差较大，并且探测范围受到局限，上述实施例通过将不同探测器单元均使用一个探测器向量表示，再计算向量和的方式，从而使得在判断探测源的方向时充分考虑所有探测器单元的测量结果，利用各个探测器单元对应向量的关系计算准确的放射源位置，节约成本的同时又增加了搜索定位的效率和准确率，避免盲目搜索。

在一个可选的实施方式中，根据每个探测器单元的信号将每个探测器单元对应一个探测器向量的步骤可以是将探测器单元按照顺时针编号为1至n，每个探测器单元以极坐标表示，编i探测器对应(i-1)/n×360度，每个探测器单元赋予一个对应的探测器向量Vi,其中，i＝1-n,n为探测器单元的个数，探测器向量的模为探测器单元i的计数值。Vi的方向为探测器单元i中心到球心的向量方向，求出各探测器的总向量和V的方向作为放射源入射的方向。

获取每个探测器单元的信号之后，在一个可选的实施方式中，先通过预先存储的查找表对新获取的探测器单元的信号进行匹配，其中，查找表存储的信息包括每个探测器单元的历史计数分布情况以及放射源的历史射线能量；再根据匹配结果估算放射源的射线的入射的俯仰角。通过上述步骤，可以根据历史记录的查找表进行匹配从而增加探测放射源速度。

下面以一个可选的实施方式为例对上述方式进行说明：

如图1所示，中间球体采用钨材料，直径4cm,球面有32块区域，分别布置探测器单元，探测器单元为GAGG闪烁探测器，每个探测器单元的信号由SiPM读出。给每个探测器单元赋予一个向量Vi,i＝1-n,n为探测器单元个数，Vi的方向为探测器单元i中心到球心的向量方向，其模为探测器单元i的计数值，求出各探测器的总向量和V的方向作为放射源入射的方向。

下面以另一个可选的实施方式为例对上述方式进行说明：

探测器采单元用NaI闪烁体探测器,NaI晶体单元的尺寸4mm×4mm×20mm，底端分别耦合硅光电探测器(SiPM)，像素有效面积3.2mm×3.2mm，总共24根探测器单元，采用多通道电子学读出信号；中间圆柱形阻挡材料采用钨材料，直径为40mm，高20mm，如图1所示。能量为511keV的伽马射线源,距离探测器中心1m进行照射，获得各个探测器单元的计数分布图雷达图(如图5所示)，。

将探测器单元顺时针编号1至24，每个探测器单元以极坐标表示，1探测器对应0度，2探测器对应15度，探测器上的计数作为极坐标上的长度，计算所有探测器的向量平均向量值可得(104.4，-2.7)。平均向量所指向的方向即为放射源入射的方向。本实施例的设备简单、方法简便。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，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单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种4π全景放射源定位系统，其特征在于，包括：

外壳，其中，所述外壳为球型壳；

在所述球型壳中设置有球型芯，其中，球形芯是由屏蔽防护材料构成；

在所述球型壳表面均匀设置若干探测器单元，其中，所述探测器单元由闪烁晶体和光电探测器组合而成或者由半导体探测器构成；每个探测器单元对应一个探测器向量，其中，所述探测器向量的方向为相对应的探测器单元中心到球型芯中心的连线方向,探测器向量的模为探测器单元的计数值；通过所述探测器向量的总和确定放射源的位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探测器单元的数量大于等于5个。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述球型壳的表面均匀分割有32个平面，每个平面至少设置一个所述探测器单元。

4.根据权利要求1至3所述的系统，其特征在于，所述球型壳为可拆卸式，所述球型壳分为两瓣球壳，两瓣球壳的连接位置处分别设置有相互配合的扇叶，当球型壳组装时，所述扇叶进行插合组装。

5.根据权利要求1至3所述的系统，其特征在于，所述屏蔽防护材料为钨、铅、铁、钢、铝中的一种或多种，所述屏蔽防护材料可拆卸更换。

6.根据权利要求1至3所述的系统，其特征在于，还包括：一个或多个可见光摄像头，所述可见光摄像头用于获取放射源位置的可见光图像，并且将放射源位置的探测分布图与所述可见光图像配准融合后显示。

7.根据权利要求1至3所述的系统，其特征在于，所述外壳是圆柱形，所述探测器单元均匀设置在外壳表面。

8.一种全景放射源定位方法，其特征在于，包括：

获取所述探测器单元的信号，其中，所述信息包括所述探测器单元的计数值；

根据所述探测器单元的信号将每个探测器单元对应一个探测器向量，其中，所述探测器向量的方向为相对应的探测器单元中心到球型芯中心的连线方向,探测器向量的模为探测器单元的计数值；

通过所述探测器向量的总向量和确定放射源的位置。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据每个探测器单元的信号将每个探测器单元对应一个探测器向量，包括：

将所述探测器单元按照顺时针编号为1至n，每个探测器单元以极坐标表示，编i探测器对应(i-1)/n×360度，每个探测器单元赋予一个对应的探测器向量Vi,其中，i＝1-n,n为所述探测器单元的个数，所述探测器向量的模为探测器单元i的计数值。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，获取每个探测器单元的信号之后包括：

通过预先存储的查找表对新获取的探测器单元的信号进行匹配，其中，所述查找表存储的信息包括每个探测器单元的历史计数分布情况以及放射源的历史射线能量；

根据匹配结果估算放射源的射线的入射的俯仰角。