[发明专利]一种用于中低原子序数物质的μ子成像方法

说明书

本发明公开了一种用于中低原子序数物质的μ子成像方法，包括如下步骤：S1、获取所有重建μ子径迹与若干个给定数学平面的交点的坐标；S2、将各交点的坐标取整后赋予给对应的体素；S3、统计每个体素的交点数量；S4、筛选出交点数量大于预设阈值的体素；S5、将筛选后的体素成像，得到待成像物体的图像。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明通过计算重建μ子径迹与给定数学平面的交点坐标，再根据交点的密集程度将待成像物体断层成像。本发明提供的方法对μ子径迹探测器的灵敏面积要求不高，且没有采用迭代的思想，可以通过设定阈值排除掉偶然符合产生的错误信息，从而更好地实现对厘米级物体的成像。

技术领域

本发明涉及粒子成像领域，具体涉及一种用于中低原子序数物质的μ子成像方法。

背景技术

放射源宇宙射线μ子成像技术是一种新型的无损成像技术，宇宙射线μ子具有以下2 个优点：

1.强穿透性。宇宙射线μ子是一种穿透性极强的高能带电粒子，能够轻易地穿透厚的屏蔽层，比如海关集装箱内的放射性屏蔽材料、核反应堆、金字塔和火山口等。2.“无损”性。宇宙射线μ子是一种天然放射源，在其成像检测过程中不会引入额外的放射源，能够实现真正的“无损检测”。而常规检测方式引入了γ光等人工放射源，可能会对待成像检测物体造成辐照损伤。

目前，对宇宙射线μ子成像技术的研究，聚焦于μ子的散射成像和透射成像两种技术：

1.散射成像技术利用μ子穿过待成像检测物体后携带的散射角信息成像，该技术具有辐射安全性好、对高Z材料探测灵敏度高、环境友好等诸多优点。

2.透射成像技术利用μ子穿过待成像检测物体后能量和通量的衰减成像，其特点是可以对大体积物质进行深层检测，该技术成功无损检测出了金字塔内部暗室以上两种μ子成像技术，均存在一个共同的局限性：对中、低Z(原子序数)物质成像效果差，且基于μ子的透射成像技术不适用于小体积物质。

综上，现有μ子成像技术，聚焦于对高Z、大体积的物质成像，而对中低Z和小体积物质成像效果差。例如，在医学成像领域，由于不能利用μ子成像技术对人体进行无损检测成像，因此使用的均为人工放射源，这就增加了人体的额外吸收剂量，且提高辐照损伤风险，该领域内缺少一种对人体“无损”的成像技术。

针对现有μ子成像技术存在的上述缺点，公开号为CN 112807004 A的中国发明专利公开了一种针对中、低Z成像的μ子成像技术，该技术通过2层μ子径迹探测器和4个四面环绕的闪烁体探测器组成的探测系统(如图1所示)，利用以下三步实现成像：1.利用μ子的次级辐射来获得重建μ子径迹；2.将重建μ子径迹进行分类，转换为重建μ子径迹密集度3.利用MLEM成像算法和ASD-POCS成像算法分别获得三视图，从而实现成像。这种μ子成像技术理论上可以实现μ子对中、低Z物质的成像，但该项技术在实际应用过程中存在以下缺点：

1.MLEM成像算法和ASD-POCS成像算法均需要至少90度的重建μ子径迹密集度数据，这就要求μ子径迹探测器的灵敏面积足够大，假设待成像物体为10cm*10cm*10cm的物体，则探测器的灵敏面积至少需要30cm*30cm，而这种大灵敏面积的μ子径迹探测器的制造成本非常高。

2.MLEM成像算法和ASD-POCS算法均属于迭代算法，迭代算法有将错误信息放大的缺点。由于μ子径迹探测器和闪烁体探测器存在偶然符合的情况，会不可避免的导致记录下错误的信息作为重建μ子径迹，该错误信息会通过迭代放大最终造成重建图像的严重畸变。

3.ASD-POCS算法是通过两种条件交替收敛实现成像的算法，如果想要获得没有畸变的图像，要求μ子径迹探测器的位置分辨率足够高，即重建μ子径迹的信息足够准确。以目前国际上能稳定生产的先进μ子径迹探测器mecromegas为例，也仅有约为200微米的位置分辨率，不足以达到对厘米级物体的成像(想要使用上述方法达到对厘米级物体的成像，理论上需要50微米的位置分辨率，现有μ子径迹探测器无法实现)。

发明内容