核辐射剂量场实时成像测量系统的研究

1、核辐射剂量场实时成像测量系统的研究本文利用闪烁体的吸收发光特点，并结合计算机断层扫描技术，提出了对核辐射剂量场分布进行实时成像测量的新方法阵列式吸收发光CT法，研制出闪烁光纤阵列构成的核探测器及其伺服控系统.采用高灵敏度的电荷耦合器件(CCD)拾取探测器产生的微弱闪烁光信号，并用定点采集的方法对视频信号进行数据的快速采集.在图像重建方法上，提出了迭代滤波反投影重建方法和利用非完全投影进行数据修复，对获取的投影数据进行变换和处理.通过选择滤波函数及其适当的参数，获得最佳滤波效果，以重建剂量场的二维场分布，从而建立了核辐照剂量场的实时、高精度的成像测量系统.实验及模拟实验结果均很好地证实了，该测量

2、方法的可行性和测量系统工作的可靠性.关键词:核辐射剂量场；闪烁体；断层扫描；迭代滤波反投影；图像重建The Study on Real-Time Radiography System in Dose FieldSHENG Jin-hua(China Academy of Telecommunications Technology,Beijing 100083,China)YIN Ze-jie(Department of Modern Physics,University of Science and Technology of China,Hefei 230027,China)Abstract

3、:By the comprehensive analysis of existing mcasuring methods,a new method is proposed in the paper to measure the nuclear radiation dose field with array absorption-emission computed tomography.The detector based on scintillation optical fiber array and its servo-control system are designed.The weak

4、 optical signal is measured by Charge Coupled Devices (CCD) and the formed visual signal is quickly sampled with the method of testing fixed signed points.The reconstruction method of iterative filter back projection and the data renovation based on noncomplete projection are proposed to reconstruct

5、 dose field much more accurately.The filter function is also an important factor in the image reconstruction.The Butterworth filter function is chosen.By adjusting its parameters,we have obtained optimum result.Finally,all the experimentation show that the methods proposed in paper are proper and wh

6、ole measuring system is advanced and feasible.Key words:nuclear radiation dose field;scintillation;computed tomography;iterative filter back projection;image reconstruction一、引言辐射剂量学是试图探讨射线能量的传递及生物组织对其能量的吸收，并用实验的方法测定辐射量值.从早期使用X射线起，人们就开始采用感光胶片进行剂量测定，以后发展了量热剂量学、化学剂量学以及利用热释光现象的剂量测定技术.近年来，又研制出电离室探测器和微型半导

7、体探测器.但从目前国内外所采用的剂量测量方法和仪器来看，各有许多不足之处，如都不能进行剂量场的强度分布及形态的实时测量；一些方法还需要另外的数据读出设备，致使无法现场获取结果；大多也仅能进行点测量，且材料的一致性差；除感光胶片法外，其他空间分辨都较差.因此，现在尚无能够比较好地适合用于剂量场的强度分布及形态的实时测量系统.对于剂量场的测量，包括束流的总强度及其横截面上的强度分布及形态的实时成像测量，目前在国内外沿属空白(未见报道).而对刀、x刀、医学射线加速器等这些对射线有一定汇聚要求的辐照源的射线汇聚束斑空间形状的强度分布的实时成像测量，具有特别重要和迫切的实用价值.三、系统构成整个系统分为

8、四个部分：前端探测系统、机械旋转扫描系统、定点数据采集系统、数据处理及图像重建系统，见图1.图1系统总体框图1.前端探测系统由纤芯是闪烁材料构成的光纤能适应E5kev的X射线、射线及其它射线的辐照探测.但直到现在，获得的主要研究成果是涉及在高能粒子物理中的应用5，6.闪烁光纤对带电粒子比x射线和射线灵敏，这是由于光纤纤芯的直径较x射线或射线与其作用产生次级电子的有效射程相比太小，一般仅很少部分能量沉积在光纤纤芯中，以产生闪烁光.而在所涉及测量的能量范围内，主要作用机制是康普顿效应，这是由于构成光纤的材料是低Z所决定的，因此光电效应和电子对效应都相对较弱7.根据刀及其它剂量场和其与闪烁体相互作用的特点，我们提出了阵列式吸收发光CT测量方法，并据此构造前端探测器.探测器设计为：由若干个一定长度的特种闪烁光纤水平紧密放置构成一平面光纤阵列，其一端端面覆盖反射层，以提高其输出光响应，另一端可耦合至光接收器(CCD).所设计的阵列式闪烁探测器与光接收器CCD，通过光导光纤连一成体，并将其加固，构成前端探测系统.探测器在剂量场中，将所吸收的辐射能转换成光能，经线积分后，再通过光导光纤引出.并在光接收器的光敏区形成了按一定间隔排列的光束，从而将剂量场强度信号转换成视频电信号.由塑料闪烁光纤阵列构成的探测器，具有如下