高能中子针孔成像系统的点扩展函数的模拟研究.pdf

维普资讯 第31卷 第 1期 核 技 术 Vo1．31．NO．1 2008年 1月 NUCLEARTECHNIQUES January2008 高能中子针孔成像系统的点扩展函数的模拟研究 马庆力 唐世彪 胡炳全 蒋 敏 曾代敏 方桢云 I(电子工程学院电子系 合肥 230037) 2(中国科学技术大学近代物理系 合肥 230026) 3(重庆大学数理学院 重庆 4001344) 摘要 本文采用蒙特卡罗方法对高能中子下针孔成像系统的点扩展函数进行了模拟研究。研究中采用高斯函 数拟合的数学方法分析比较了该系统在两种不同探测器材料下的点扩展函数，并在此基础上得出相应的调制 传递函数。研究结果表明，在较高能量的中子入射下，采用塑料闪烁光纤代替传统的无机闪烁体作为成像探 测器材料将能够提高针孔成像系统的点扩展函数 ，进而得出若采用闪烁光纤阵列作为探测器将能够提高系统 的调制传递函数的结论。 关键词 针孔成像，点扩展函数(PsF)，调制传递函数(MTF)，Genat4 中图分类号 TN25，TP75l 空问分辨率和密度分辨率是评定针孔成像系统 或 丫射线源)的能量分布函数。 成像质量的重要指标 ，而系统点扩展 函数(point 针孔成像实验可测定成像系统的PSF。PSF和 spreadfunction，PSF)是影响空问分辨率和密度分辨 MTF都可以独 自表达成像系统的质量，但是它们之 率的决定因素。在射线成像领域，一般通过实验测 间可相互转换，由对方的富立叶变换或反富立叶变 量PSF或调制传递函数(modulationtransferfunction， 换得到，即： MTF)对系统成像的质量进行评定，但是实验测量较 为复杂，且有测量误差。因此建立一套射线成像系 统的理论分析体系来对成像质量进行评估，十分必 其中，h为PSF，M为MTFI】J。 要，这就须建立系统的PSF的理论模型。本文对高 对任意一个成像系统，只要确定其 PSF，就可 能中子针孔成像系统进行了理论分析，建立了系统 由上述变换确定其对任意输入信号的输出图像信 的PSF的数学模型，并在此基础上评定了采用不同 号。但实际上不存在无限小的点状源，因此测得的 成像探测器的条件下系统成像质量的优劣。同时， 成像系统的PSF总有～定误差。 通过对系统的评定，验证了采用高斯函数拟合的分 目前 ，很多射线成像质量分析方法都根据实验 析方法求得PSF的方法的可行性。模拟分析研究采 或计算机模拟得到的退化图像．厂(，Y)估计点扩展 用欧洲核子中心开发的基于蒙特卡罗方法的模拟软 函数 h(x，))I3】。这种方法很适合原景物中含有点 件包 Geant4．5．1跟踪粒子在探测器中的输运过程及 源的情况。如确知原景物中存在一个点源，那么当 其能量沉积。 噪声干扰可忽略不计时，该点源的影像便是 PSF。 此时，只要找出对应于该点源 的局部图像函数 1 针孔成像系统点扩展函数的获得 fix,y)，便得到了h(x，))订】。在分析过程中，我们采 用高斯拟合方法对系统点扩展函数进行近似。拟合 点扩展函数是描述成像系统质量的一个特征 量。当成像物体是一个无限小的理想点源时，成像 公式的二维表示如式(1)所示。 系统存在一个点扩展函数。成像系统对点源的成像