本發(fā)明涉及輻射檢測(cè)，且更具體地說(shuō)，涉及一種使用單個(gè)檢測(cè)器和編碼掩模的壓縮傳感伽馬射線或中子成像裝置。

背景技術(shù)：

伽馬射線成像是能夠提供伽馬射線放射性核素的位置和標(biāo)識(shí)的重要輻射檢測(cè)能力。伽馬射線成像能夠用于許多應(yīng)用中，包含但不限于：退役、去污、環(huán)境監(jiān)測(cè)(即，現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、礦山測(cè)量)、醫(yī)學(xué)成像(SPECT)、天文學(xué)和國(guó)家安全應(yīng)用(即，非法放射性物質(zhì)和核材料的搜索)。

傳統(tǒng)的伽馬射線成像技術(shù)依賴于將圖像聚焦在非常昂貴的檢測(cè)器陣列上或跨越圖像平面緩慢地光柵掃描單個(gè)檢測(cè)器。像素化檢測(cè)器陣列的代價(jià)或光柵掃描系統(tǒng)的慢速通常具有抑制性。與易于聚焦的光學(xué)光子不同，伽馬射線光子的高穿透性使其非常難聚焦。使用像素化檢測(cè)器陣列的伽馬射線成像系統(tǒng)通常使用單針孔、多針孔或平面編碼孔徑光學(xué)器件。這些系統(tǒng)用于在檢測(cè)器陣列上形成圖像或編碼圖像。針孔和編碼孔徑光學(xué)器件已在天文學(xué)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用中使用了數(shù)十年。這些類型的成像系統(tǒng)的視場(chǎng)在水平或垂直方向上大約為30°至40°。

首先由默茨(Mertz)在1967年引入的旋轉(zhuǎn)調(diào)制準(zhǔn)直器(RMC)通常使用具有在掩模的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸的平行縫的兩個(gè)掩模。當(dāng)掩模旋轉(zhuǎn)時(shí)，前掩模的投影相對(duì)于源顯現(xiàn)為圍繞后掩模軌道運(yùn)動(dòng)。掩模的旋轉(zhuǎn)在檢測(cè)器處產(chǎn)生取決于源的數(shù)目、源強(qiáng)度、位置和大小的調(diào)制計(jì)數(shù)圖案。RMC具有多個(gè)缺點(diǎn)，包含：?jiǎn)蝹€(gè)RMC難以成像擴(kuò)展源、單個(gè)RMC具有小的視場(chǎng)，當(dāng)使用單個(gè)RMC時(shí)，無(wú)法區(qū)分旋轉(zhuǎn)中心軸上的源。參看B.R.科沃西(B.R.Kowash)2008年的博士論文，“A Rotating Modulation Imager for the Orphan Source Search Problem(用于失控源搜索問(wèn)題的旋轉(zhuǎn)調(diào)制成像器)”。

待成像在多個(gè)伽馬射線成像應(yīng)用中的場(chǎng)景本質(zhì)上稀疏，并且通常需要檢測(cè)一個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)源。對(duì)于將取樣成16×16圖像的單個(gè)點(diǎn)源的簡(jiǎn)單情況，并且假設(shè)背景為零，將提供1個(gè)非零像素和255個(gè)零像素。代替進(jìn)行N次(在這種情況下256次)測(cè)量(大多數(shù)測(cè)量將為零)，直觀地說(shuō)，更明智的策略應(yīng)能夠以遠(yuǎn)少于N次的測(cè)量確定非零像素的位置。最近已通過(guò)開(kāi)發(fā)稱為壓縮傳感的新信號(hào)處理理論來(lái)證實(shí)此直覺(jué)。壓縮傳感實(shí)現(xiàn)圖像形成的新方法。壓縮傳感方法能夠產(chǎn)生具有一部分測(cè)量的圖像(當(dāng)與傳統(tǒng)成像技術(shù)相比時(shí))并且使得能夠?qū)崿F(xiàn)低成本(單個(gè)檢測(cè)器)系統(tǒng)選擇。最近已針對(duì)光學(xué)、紅外線和THz波長(zhǎng)開(kāi)發(fā)基于壓縮傳感的單像素成像系統(tǒng)。參看R.G.巴拉尼克(R.G.Baraniuk)等人的2012年的美國(guó)專利8,199,244B2，“Method and Apparatus for Compressive Imaging Device(用于壓縮成像裝置的方法和設(shè)備)”。

例如，已知太赫茲成像系統(tǒng)使用與一系列隨機(jī)掩模組合的單像素檢測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)高速圖像獲取。W.L.陳(W.L.Chan)等人的“A Single-Pixel Terahertz Imaging System Based on Compressed Sensing(基于壓縮傳感的單像素太赫茲成像系統(tǒng))”，《應(yīng)用物理學(xué)學(xué)報(bào)(Applied Physics Letters)》，第93卷，2008年。這些單像素成像系統(tǒng)都使用某種透鏡來(lái)聚焦圖像并且隨后使用隨機(jī)壓縮測(cè)量來(lái)對(duì)圖像平面進(jìn)行取樣。然而，當(dāng)對(duì)場(chǎng)景平面進(jìn)行取樣，而不是形成圖像且隨后取樣時(shí)，應(yīng)能夠執(zhí)行壓縮測(cè)量。黃(Huang)等人已采用此方法并且描述不需要透鏡的單像素光學(xué)成像系統(tǒng)。他們使用孔徑組合件(assembly)來(lái)隨機(jī)地對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行取樣，并且在任何階段形成“傳統(tǒng)”圖像。G.黃(G.Huang)等人2013年的“Lensless Imaging by Compressive Sensing(通過(guò)壓縮傳感的無(wú)透鏡成像)”。

本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)圍繞壓縮傳感原理的系統(tǒng)而克服現(xiàn)有伽馬射線成像方法的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種與現(xiàn)有伽馬射線成像技術(shù)相比進(jìn)行較少測(cè)量的伽馬射線成像裝置。能夠產(chǎn)生具有少于圖像中的像素?cái)?shù)目的測(cè)量的場(chǎng)景的圖像。

本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種與現(xiàn)有基于孔徑的伽馬射線成像技術(shù)相比具有較大視場(chǎng)的伽馬射線成像裝置。

本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種能夠隨機(jī)地對(duì)伽馬射線的場(chǎng)景進(jìn)行取樣的掩模設(shè)備。場(chǎng)景的這些隨機(jī)投影能夠用于重構(gòu)圖像。

因此，提供一種包括由一個(gè)或更多個(gè)旋轉(zhuǎn)掩模環(huán)繞的單個(gè)檢測(cè)器的成像設(shè)備。

在優(yōu)選實(shí)施例中，掩模是圓柱形、半球形或球體段，或球體。

附圖說(shuō)明

為了更佳地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參考以下附圖，其中：

圖1是單個(gè)檢測(cè)器、掩模和270°屏蔽物的示意圖。

圖2是圖1的單個(gè)檢測(cè)器、掩模和屏蔽物的示意圖，其示出額外的頂部和底部屏蔽物。

圖3是單個(gè)檢測(cè)器和兩個(gè)嵌套式旋轉(zhuǎn)圓柱形掩模的示意圖。

圖4是示出孔徑的對(duì)準(zhǔn)和逐漸變細(xì)的單個(gè)檢測(cè)器和兩個(gè)同心掩模的示意圖。

圖5是將移動(dòng)槽示為孔徑系統(tǒng)的兩個(gè)同心掩模的示意圖。

圖6是具有結(jié)合到襯底的浮動(dòng)元件的掩模的示意圖。

圖7是公共平面上方的單個(gè)檢測(cè)器和兩個(gè)同心半球形掩模的示意圖。

圖8和9是嵌套式球形掩模的示意圖。

圖10是說(shuō)明本發(fā)明的操作方法的流程圖。

圖11是具有單獨(dú)的伽馬射線和中子阻擋元件的編碼掩模的示意圖。

具體實(shí)施方式

成像器布局和傳感

如圖1和2中所示，單個(gè)伽馬射線檢測(cè)器10位于環(huán)繞或包圍檢測(cè)器10的掩模11的中心處。檢測(cè)器位于(一個(gè)或更多個(gè))掩模的中心，優(yōu)選地檢測(cè)器占據(jù)掩模11的中心或旋轉(zhuǎn)軸線。可以使用圓柱形或球形掩模11。盡管能夠使用非中心的檢測(cè)器位置，但是這將具有略微不同的視場(chǎng)。能夠使用多于一個(gè)檢測(cè)器12、13，并且這些額外的檢測(cè)器能夠處于不同位置。使用多個(gè)檢測(cè)器能夠減少成像時(shí)間。

任選的圓柱形或其它輻射屏蔽物14可以具有弧形開(kāi)口15，用于將視場(chǎng)限制到由開(kāi)口15限定的圓弧。掩模11可以通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)19或直接齒輪傳動(dòng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)20或以其它方式轉(zhuǎn)位或旋轉(zhuǎn)，以適合采用的編碼掩?；蚬鈱W(xué)方法。通過(guò)使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)20、傳動(dòng)裝置21和具有(例如)用于根據(jù)收集和處理的數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像的顯示和打印能力的控制計(jì)算機(jī)22，掩模的數(shù)據(jù)收集和協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)/旋轉(zhuǎn)能夠自動(dòng)化。掩模的運(yùn)動(dòng)可以處于離散步驟中或處于連續(xù)運(yùn)動(dòng)中。

如圖2中所示，當(dāng)使用圓柱形掩模11時(shí)，頂部和底部通常需要用屏蔽物16、17覆蓋，使得僅到達(dá)檢測(cè)器的輻射穿過(guò)不以其他方式屏蔽的掩模11的開(kāi)孔18。

壓縮傳感伽馬射線成像器可以與任何伽馬射線敏感傳感器10、12、13結(jié)合使用?？梢允褂没谝韵虏牧系牡湫唾ゑR射線檢測(cè)器系統(tǒng)：碘化鈉(NaI)、碘化銫(CsI)、鍺酸鉍(BGO)、碲化鎘(CdTe)、碲鋅鎘(CZT)、高純鍺(HPGe)、碘化鍶(SrI₂)和CLYC。確定每個(gè)測(cè)量光子的能量的光譜檢測(cè)器能夠用于標(biāo)識(shí)正在成像的放射性核素。僅記錄總計(jì)數(shù)的非光譜檢測(cè)器將提供關(guān)于輻射熱點(diǎn)的一般信息。例如劑量率測(cè)量計(jì)的其它輻射檢測(cè)設(shè)備可以用作傳感器并且在這種情況下將映射視場(chǎng)中的劑量。

優(yōu)選實(shí)施例使用測(cè)量檢測(cè)到的每個(gè)伽馬射線光子的能量的光譜檢測(cè)器。來(lái)自任何特定能量艙或能量艙范圍的光子計(jì)數(shù)值能夠用作從一組測(cè)量觀察到的數(shù)據(jù)。假設(shè)存在放射性核素，則針對(duì)感興趣的給定峰值區(qū)(如，60keV的²⁴¹Am線)的觀察到的光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)的重構(gòu)將提供²⁴¹Am的位置。對(duì)于感興趣的額外區(qū)的觀察到的光子數(shù)據(jù)的重構(gòu)能夠提供額外放射性核素的位置。

壓縮傳感中子成像器可以與任何(一個(gè)或更多個(gè))中子敏感傳感器10、12、13結(jié)合使用。

雙模態(tài)傳感器10、12、13(包含但不限于CLYC)可以用于測(cè)量伽馬射線和中子兩者的調(diào)制。

應(yīng)理解，本發(fā)明的教導(dǎo)可以通過(guò)使用合適的掩模和檢測(cè)器而應(yīng)用于任何波長(zhǎng)(或任何粒子)的輻射。

掩模和掩?？讖?/p>

掩模圖案開(kāi)口或孔徑優(yōu)選地以行和列布置?？梢?例如)隨機(jī)地產(chǎn)生掩模圖案開(kāi)口18的位置。例如，在16×16可能的孔徑掩模中，存在總共256個(gè)編號(hào)孔徑。隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器用于隨機(jī)地選擇在1與256之間的孔徑數(shù)128。這128個(gè)數(shù)目隨后設(shè)定為開(kāi)孔。剩余128個(gè)位置(根據(jù)原始256個(gè)數(shù)目)設(shè)定為零(閉合)。這提供50％打開(kāi)的掩模圖案。對(duì)于其中掩模列轉(zhuǎn)位或旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)掩模，可以針對(duì)每一行而不是整個(gè)掩模進(jìn)行開(kāi)孔/閉合孔的隨機(jī)選擇。這將確保每一掩模行50％(例如)打開(kāi)，并且將防止行具有太多或太少開(kāi)孔的情況，這會(huì)對(duì)圖像重構(gòu)產(chǎn)生影響。

系統(tǒng)的幾何形狀將限定空間分辨率。孔徑大小應(yīng)優(yōu)選地等于或大于檢測(cè)器尺寸。例如，系統(tǒng)可以具有0.5cm×0.5cm尺寸的孔徑18，并且檢測(cè)器的截面面積也應(yīng)為0.5em×0.5cm或更少。檢測(cè)器離掩模越遠(yuǎn)，則空間分辨率越高。

可以使用尺寸大于孔徑尺寸的檢測(cè)器，然而，對(duì)于這種情況，在相鄰孔徑的視場(chǎng)之間將存在增加的重疊。能夠通過(guò)對(duì)掩模的響應(yīng)函數(shù)去卷積而消除此重疊(這是空間分辨率的降級(jí)/模糊)。

優(yōu)選的孔徑截面形狀是正方形。孔徑的優(yōu)選數(shù)目是2的冪次方(即，64、128、256、512、1024)，盡管這并不是必須的。優(yōu)選地，在掩?？讖街g存在最小間隔或不存在間隔。

掩模的厚度將取決于應(yīng)用。對(duì)于高能光子(例如，來(lái)自⁶⁰Co的1.3MeV光子)的成像，鉛的2cm總掩模厚度將減弱約72％的1.3MeV光子。

掩模材料由能夠充分調(diào)制進(jìn)入輻射的強(qiáng)度的基體材料制成。對(duì)于高能伽馬射線，材料將通常具有高原子序數(shù)(Z)和高密度，這將吸收(減弱)伽馬射線輻射。典型的材料可以包含但不限于，鎢、鉛、金、鈦、鉿以及其合金或復(fù)合物(即，3D打印——將鎢粉與環(huán)氧樹(shù)脂混合)。對(duì)于低能伽馬射線光子，低至中等Z材料(例如，鋼)足以調(diào)制光子強(qiáng)度。在優(yōu)選實(shí)施例中，掩模材料將減弱光子，以便調(diào)制光子強(qiáng)度。如果其它實(shí)施例顯示對(duì)光子強(qiáng)度的明顯調(diào)制，則其它實(shí)施例可以使用其它相互作用機(jī)制，例如，康普頓散射。

對(duì)于中子輻射的成像，掩模主體將需要調(diào)制中子強(qiáng)度，并且因此掩模材料將需要高中子相互作用截面。中子掩?；w材料可以包含但不限于：鉿、釓、鎘、硼摻雜材料、富氫材料以及其組合。

可以從將實(shí)現(xiàn)伽馬射線和中子兩者的調(diào)制的材料設(shè)計(jì)掩模。單個(gè)材料(例如，鉿)可以適合于調(diào)制伽馬射線和中子兩者的強(qiáng)度。多種材料(例如，鎢和鎘的組合)的使用可以適合于調(diào)制伽馬射線和中子兩者的強(qiáng)度。伽馬射線掩模的開(kāi)孔可以由不影響伽馬射線強(qiáng)度的調(diào)制的一些富氫材料組成。這些富氫孔徑隨后將表示閉合孔或中子掩模的調(diào)制區(qū)。延伸開(kāi)來(lái)，這些掩模材料可以用于調(diào)制任何EM波長(zhǎng)(即，光學(xué)、紅外線、THz等)或任何粒子(即，光子、質(zhì)子等)的強(qiáng)度。

如圖11中所示，編碼掩模能夠單獨(dú)地調(diào)制伽馬射線和中子，也就是說(shuō)，一些掩模區(qū)僅用于阻擋伽馬射線并且一些掩模區(qū)僅用于阻擋中子。在圖11的實(shí)例中，掩模區(qū)(用實(shí)心黑表示)的一個(gè)子集由僅調(diào)制伽馬射線的材料制成。掩模區(qū)92(用白色表示)的另一子集僅調(diào)制中子而不調(diào)制伽馬射線。此類型的掩?？梢愿鶕?jù)由本說(shuō)明書(shū)公開(kāi)或提出的技術(shù)和材料、形狀或配置中的任一者制造。

掩模可以是單個(gè)或多個(gè)以及嵌套式、矩形、圓形、弧形、半球形或球形。編碼掩模傳感所需的連續(xù)測(cè)量將需要通過(guò)用新掩模替代當(dāng)前掩?；蚴褂?一個(gè)或更多個(gè))掩模的某一旋轉(zhuǎn)形式獲得的新掩模圖案。平坦的掩模形狀將具有受限視場(chǎng)，因?yàn)槠鋬H在前向方向上查看，其中視場(chǎng)角度由檢測(cè)器和掩模幾何形狀確定。

弧形、圓柱形或球形掩模的優(yōu)點(diǎn)是可以具有較大視場(chǎng)(FOV)。當(dāng)前可商購(gòu)的針孔/編碼孔徑伽馬射線相機(jī)具有大約30°與40°之間的水平和垂直FOV。豎直的圓柱形掩模實(shí)施例將具有360°的水平FOV，半球形掩模實(shí)施例將具有2πFOV，并且球形掩模實(shí)施例將具有接近4πFOV。其它實(shí)施例可以包含但不限于：橢圓形、圓錐形、立方形或六邊形掩模。

在單個(gè)圓柱形掩模實(shí)施例的情況下，掩模旋轉(zhuǎn)一個(gè)列將構(gòu)成觀察用于新測(cè)量的所需FOV的新掩模圖案。對(duì)于單個(gè)圓柱形掩模實(shí)施例，輻射屏蔽物能夠用于限制FOV，并且因此具有用于實(shí)現(xiàn)更多測(cè)量的較大數(shù)目的列(查看圖2)。單個(gè)圓柱形掩模方法的不足之處是需要更多列來(lái)執(zhí)行更多測(cè)量，這會(huì)增加圓柱體的直徑以及整個(gè)系統(tǒng)的物理大小。

如圖3中所示，利用掩模內(nèi)的嵌套式掩模的方法(或雙掩模或多掩模方法)(其中每個(gè)掩模主體35、36能夠移動(dòng)或獨(dú)立地由計(jì)算機(jī)22轉(zhuǎn)位)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)多于兩個(gè)掩模圖案的可能組合的數(shù)目的測(cè)量。在優(yōu)選實(shí)施例中，雙掩模方法將由圓柱體內(nèi)的圓柱體構(gòu)成(參看圖3)。每個(gè)掩模以針對(duì)圖2中的單個(gè)掩模提出的方式圍繞傳感軸或成像軸獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)器可以沿著所述傳感軸或所述成像軸定位。較大數(shù)目的掩模圖案(以及因此較大數(shù)目的測(cè)量)將允許可以成像360°FOV的更緊湊系統(tǒng)(在一個(gè)圓柱體中的較少總列數(shù))。也能夠?qū)﹄p半球形和球形掩模設(shè)計(jì)進(jìn)行類似爭(zhēng)論。對(duì)于雙掩模方法，掩模的組合開(kāi)口部分可以約為50％，但是在掩模旋轉(zhuǎn)時(shí)，其將發(fā)生變化。一個(gè)掩?？梢栽诹硪谎谀＾D(zhuǎn)位單個(gè)列之前以完整周期的旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)位，由此產(chǎn)生多個(gè)虛擬掩模，所述虛擬掩模數(shù)為列數(shù)的平方。在其它實(shí)施例中，掩模在交替或非交替布置中逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)列。在產(chǎn)生下一掩模之前，每個(gè)虛擬掩模用于輻射測(cè)量。每個(gè)掩模僅需要在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)。

掩?？讖降慕孛婊蛲队靶螤羁梢园幌抻冢赫叫巍⒕匦?、圓形、三角形和六邊形。在掩?？讖街g可以存在或可以不存在間隔。在單個(gè)掩模系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，掩?？讖叫螤钍钦叫?。

如圖4中所示，對(duì)于雙掩模實(shí)施例，內(nèi)掩模30和外掩模31的尺寸和定向可以不同，使得所述掩模逐漸變細(xì)32(但是關(guān)于其邊緣對(duì)準(zhǔn))，以相對(duì)于檢測(cè)器33針對(duì)內(nèi)掩模和外掩模兩者產(chǎn)生相同F(xiàn)OV。這些孔徑34的3維形狀可以包含但不限于梯形棱柱和圓錐形。

如圖5所示，開(kāi)孔可以通過(guò)呈螺旋線41形式的連續(xù)打開(kāi)結(jié)構(gòu)或一個(gè)掩模上的一些其它結(jié)構(gòu)與另一掩模上的另一形狀(例如，垂直縫43)的重疊而形成。掩模42、44相對(duì)于彼此的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生編碼孔徑。

掩模圖案在設(shè)計(jì)上可以是隨機(jī)的、偽隨機(jī)的、非隨機(jī)的或確定性的。掩模圖案將通常需要符合壓縮傳感起作用的限定條件。呈矩陣形式的掩模圖案的表示將用于重構(gòu)過(guò)程中。用于重構(gòu)中的傳感矩陣可以是可以提供更快計(jì)算時(shí)間的循環(huán)矩陣或托普利茲(Toeplitz)矩陣。在優(yōu)選實(shí)施例中，產(chǎn)生偽隨機(jī)掩模圖案，其中每個(gè)掩模元件具有為1(打開(kāi)-100％透射)或0(閉合-0％透射)的相等概率。閉合掩模元件的透射百分率應(yīng)為小于100％的某一值，例如，優(yōu)選地0％，但是50％的透射將仍足以有效地調(diào)制強(qiáng)度以重構(gòu)圖像。透射百分率與高能量伽馬射線的增加的穿透本質(zhì)有關(guān)。例如，由10mm鉛組成的閉合掩模元件可以具有60keV伽馬射線光子的0％透射，但是其對(duì)于1332keV伽馬射線光子的透射百分率可以約為53％。將存在開(kāi)孔和閉合孔的透射百分率太接近而無(wú)法調(diào)制足以重構(gòu)圖像的光子強(qiáng)度的點(diǎn)。例如，開(kāi)孔和閉合孔的分別100％和90％的透射百分率對(duì)于光子強(qiáng)度的充分調(diào)制而言可能太接近。在給定能量的掩模內(nèi)可能存在兩個(gè)以上透射水平，例如，三個(gè)透射水平可以是33％、66％和100％。其它透射水平可以是25％、50％、75％和100％或0.16％、4％和100％。在后一實(shí)例中，兩個(gè)較低透射狀態(tài)的接近度將有效致使三個(gè)透射水平與兩個(gè)水平類似，從而可能提供更快重構(gòu)時(shí)間、更高質(zhì)量重構(gòu)和較少測(cè)量。透射水平可以涵蓋在0％與100％之間的兩個(gè)或更多水平。傳感矩陣值可以是特定伽馬射線能量的衰減值。不同衰減值以及因此不同傳感矩陣可以用于不同伽馬射線能量下的重構(gòu)。

如圖6中所示，可以產(chǎn)生任何形狀的掩模的掩模圖案，使得掩模結(jié)構(gòu)是自立式的。例如，具有浮動(dòng)或未附接“閉合”元件50的陣列的掩模圖案固定、粘附或附接到非掩模襯底51。因此，輻射不透明的掩模元件50無(wú)需附接到彼此，除了通過(guò)襯底51附接之外?？商娲兀梢赃x擇不具有浮動(dòng)或未附接“閉合”元件50的掩模圖案，所述掩模圖案將不需要襯底51，但將需要附接到共同結(jié)構(gòu)的外部閉合元件50。

如圖7-9中所示，(一個(gè)或更多個(gè))掩模可以為半球形、球形或球體的一部分，例如，在任何給定割平面上方的帽蓋或任選地兩個(gè)平面之間的段。圖7示出呈球形帽形狀的兩個(gè)嵌套式同心掩模，內(nèi)帽61和外帽62，兩者為具有均處于公共平面中的邊緣(或最低行)的半球。一個(gè)或兩個(gè)掩模61、62旋轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)取樣位置，其中當(dāng)取樣或獲取數(shù)據(jù)時(shí)，兩個(gè)掩模的列63、64和行對(duì)齊或?qū)?zhǔn)。兩者具有相同數(shù)目的列和行。每一行占據(jù)兩個(gè)平行平面之間的球體區(qū)。在一個(gè)實(shí)例中，內(nèi)部半球形掩模61在一個(gè)方向上轉(zhuǎn)位一個(gè)列并且外部掩模62在相反方向上轉(zhuǎn)位或旋轉(zhuǎn)由單個(gè)列限定的角度，與圖3一致。當(dāng)與一個(gè)掩模靜止且另一掩模移動(dòng)相比時(shí)，兩個(gè)掩模同時(shí)移動(dòng)提供更大可變性，其中掩模元件打開(kāi)或閉合。此布置允許在平面上方的整個(gè)空間(包含邊緣65、66)的單個(gè)檢測(cè)器編碼掩模成像。

圖8和9說(shuō)明兩個(gè)掩?；蛉芜x地為球形且同心的兩對(duì)嵌套式掩模71、72的使用。以此方式，(一個(gè)或更多個(gè))中心檢測(cè)器周圍的所有空間能夠被成像。每個(gè)球形掩模或掩模配對(duì)71、72可以由2個(gè)半球形掩?；蜓谀Ｅ鋵?duì)形成，如圖7所示。布置中的每個(gè)掩模將具有其自身驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括由系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)22驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(參看圖2)。

掩模幾何設(shè)計(jì)

掩模設(shè)計(jì)將由討論中的放射成像應(yīng)用的要求指定。系統(tǒng)的幾何形狀將影響系統(tǒng)性能，例如，空間分辨率、FOV和敏感性。重要的幾何參數(shù)包含：檢測(cè)器尺寸、檢測(cè)器到掩模距離、孔徑尺寸(即，厚度、長(zhǎng)度和寬度)、掩模到源距離、間隔厚度、掩?？讖綌?shù)以及與檢測(cè)器和兩個(gè)相鄰掩?？讖降闹行膶?duì)向的角。例如，較小掩?？讖綄⑻峁└呖臻g分辨率。

重構(gòu)算法

存在已用于壓縮傳感的大量重構(gòu)算法。例如，存在梯度投影法、迭代收縮/閾值法和匹配追蹤法。參看R.M.威利特(R.M.Willett)、R.F.瑪西亞(R.F.Marcia)和J.M.尼克爾斯(J.M.Nichols)的“Compressed Sensing for Practical Optical Imaging Systems：a Tutorial(用于實(shí)際光學(xué)成像系統(tǒng)的壓縮傳感：教程)”，《光學(xué)工程(Optical Engineering)》第50(7)卷，2011年7月。這些方法中的任一者或一些其它合適方法能夠用于重構(gòu)壓縮傳感測(cè)量。ANSTO壓縮傳感實(shí)施方式使用梯度投影稀疏重構(gòu)(GPSR)算法。參看M.A.菲格雷多(M.A.Figueiredo)、R.D.諾瓦克(R.D.Nowak)、S.J.賴特(S.J.Wright)的“Gradient Projection for Sparse Reconstruction：Application to Compressed Sensing and Other Inverse Problems(梯度投影稀疏重構(gòu)：對(duì)壓縮傳感和其它逆問(wèn)題的應(yīng)用)”，《信號(hào)處理選題期刊(Journal of Selected Topics in Signal Processing)》，2007年12月。

圖像融合

在壓縮傳感測(cè)量之后產(chǎn)生的伽馬射線圖像可以用對(duì)準(zhǔn)到同一視場(chǎng)的光學(xué)圖像覆蓋。中子圖像可以用光學(xué)圖像覆蓋。用光學(xué)圖像覆蓋的輻射圖像將有助于用戶可視化輻射源的位置。輻射圖像可以用任何其它波長(zhǎng)(即，紅外線)處的圖像覆蓋。

方法

如圖10中所示，源發(fā)射輻射80。所述輻射80穿過(guò)如先前所公開(kāi)的(一個(gè)或更多個(gè))掩模81。系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)22使檢測(cè)器10操作或從操作的檢測(cè)器82進(jìn)行讀取。檢測(cè)器隨后將測(cè)量值83傳輸?shù)接?jì)算機(jī)22。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和使用所述值和(一個(gè)或更多個(gè))掩模的定位以編譯將重構(gòu)成圖像的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)隨后使控制(一個(gè)或更多個(gè))掩模的(一個(gè)或更多個(gè))電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)位到下一測(cè)量位置。實(shí)際上，在重復(fù)過(guò)程時(shí)，輻射隨后穿過(guò)(一個(gè)或更多個(gè))新的掩模定向81。

盡管已參考具體實(shí)例描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明可以用多種其它形式體現(xiàn)。

如本文中使用，除非另外指明，否則用于描述共同對(duì)象的序數(shù)形容詞“第一”、“第二”、“第三”等的使用僅表示提及類似對(duì)象的不同情況，但不旨在暗示這樣描述的對(duì)象必須以給定順序，即，時(shí)間、空間、等級(jí)或任何其它方式。整個(gè)說(shuō)明書(shū)中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”或“實(shí)例”的參考意味著結(jié)合實(shí)施例描述的特定特性、結(jié)構(gòu)或特征包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，整個(gè)說(shuō)明書(shū)中不同地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)例中”未必都指代相同實(shí)施例或?qū)嵗?，但可以都指代相同?shí)施例或?qū)嵗?。此外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員從本發(fā)明中將認(rèn)識(shí)到，特定特性、結(jié)構(gòu)或特征可以任何合適的方式組合在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中。

類似地，應(yīng)理解，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例的以上描述中，本發(fā)明的各種特性有時(shí)被組合在單個(gè)實(shí)施例、附圖或其描述中，以簡(jiǎn)化本發(fā)明并輔助理解各個(gè)發(fā)明方面中的一個(gè)或更多個(gè)。然而，公開(kāi)的此方法不應(yīng)被解釋為意在，所主張發(fā)明要求比在每個(gè)權(quán)利要求中明確陳述的更多的特征。相反，如所附權(quán)利要求書(shū)所反映，本發(fā)明的各方面在于小于單個(gè)前述公開(kāi)的實(shí)施例的所有特征。隨附的任何權(quán)利要求書(shū)在此被明確并入到具體實(shí)施方式中，其中每個(gè)權(quán)利要求其本身就是本發(fā)明的獨(dú)立實(shí)施例。

除非另外具體規(guī)定，否則從以下論述顯而易見(jiàn)的是，應(yīng)理解，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，利用例如“處理”、“計(jì)算”、“運(yùn)算”、“確定”等的術(shù)語(yǔ)的論述是指微處理器、控制器或計(jì)算系統(tǒng)或控制和/或變換數(shù)據(jù)的類似電子計(jì)算或信號(hào)處理裝置的動(dòng)作和/過(guò)程。

此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，盡管本文描述的一些實(shí)施例包含一些包含在其它實(shí)施例中的其它特性，但是不同實(shí)施例的特性的組合意味著在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且形成不同實(shí)施例。例如，在隨附權(quán)利要求中，所主張的實(shí)施例中的任一者能夠通過(guò)任何組合使用。

因此，盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下可以作出其它和另外修改，并且旨在聲明所有此類改變和修改落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。

盡管已參考構(gòu)造的具體細(xì)節(jié)公開(kāi)本發(fā)明，但是這些應(yīng)理解為通過(guò)實(shí)例的方式提供并且不限制本發(fā)明的范圍或精神。