核輻射劑量場(chǎng)實(shí)時(shí)成像測量系統的研究
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定點(diǎn)控制的硬件部分設計為一塊PC機的插件，其通過(guò)I/O總線(xiàn)與微機相連，采用并行方式交換數據和信息.系統在開(kāi)始采集時(shí)，首先由主機給出控制信號，打開(kāi)視頻同步信號的控制門(mén)，由場(chǎng)同步信號對行脈沖計數器(計數器一)和列脈沖計數器(計數器二)清零，并同時(shí)啟動(dòng)計數器一，開(kāi)始計數.在行脈沖主數達到比較器一的預置值時(shí)，產(chǎn)生一級控制信號.一級控制信號對列脈沖計數器(計數器二)清零，隨后啟動(dòng)計數器二.計數器二通過(guò)對10MHZ晶體振蕩器產(chǎn)生脈沖的計數，可以將每一行視頻信號劃分為520個(gè)圖像點(diǎn).當計數器達到比較器二的預置值時(shí)，產(chǎn)生二級控制信號.二級控制信號一方面啟動(dòng)ADC，另一方面產(chǎn)生一個(gè)計算機中斷服務(wù)，該服務(wù)將此時(shí)所采集的數據寫(xiě)入緩沖區.同時(shí)，二級控制信號將計數器二清零.
數據采集系統用可編程邏輯芯片GAL來(lái)實(shí)現尋址，在中斷信號INT作用下，啟動(dòng)A/D變換器進(jìn)行運行.通過(guò)中斷服務(wù)程序進(jìn)行讀數控制，獲得數據，并進(jìn)行存儲和予處理工作.這樣，將實(shí)驗數據整理成文件，以供進(jìn)一步分析和處理.
4.系統軟件設計
系統軟件整體程序結構是接收操作者命令，完成機械掃描控制，數據采集，數據處理，圖像重建，和圖形顯示和等操作.設計思想是將系統軟件分成幾個(gè)相對獨立的功能模塊，每個(gè)功能模塊構成一個(gè)可執行文件*.EXE.其宗旨將是編寫(xiě)小程序，然后采用堆積木的方式，以構成大程序.而這對于一個(gè)大系統是必要的.系統軟件包括如下幾個(gè)部分：
(1)菜單管理部分，負責與用戶(hù)接口.
(2)采集部分，包括步進(jìn)電機控制測量點(diǎn)的確定、參數的選擇、數據采集、中斷服務(wù)等.
(3)數據預處理部分，包括采集數據壞點(diǎn)的剔除和對投影數據的移動(dòng)平滑處理.
(4)圖像重建部分.濾波涵數及參數的選擇、重建方式的選擇，實(shí)現圖像重建過(guò)程.
(5)顯示部分，包括三維立體顯示，偽彩色，等高線(xiàn)等，實(shí)現對重建圖像的特征顯示.
四、實(shí)驗結果與誤差分析
本實(shí)驗利用活度為5，000居里的60Co放射源，將由一定厚度和形狀的鉛磚(見(jiàn)圖6，其中左邊(一號)為一中心是三角型空心鉛磚，其邊上有幾個(gè)小孔；中間(二號)為一中心是花瓣型的空心鉛磚；右邊(三號)一斜坡鉛塊)置于劑量場(chǎng)中，根據不同位置對射線(xiàn)吸收的差異，以構造具有某種場(chǎng)分布的劑量場(chǎng).再用研制的陣列式閃爍光纖探測器對所構造的劑量場(chǎng)進(jìn)行數據測量，并進(jìn)行相應的各種數據處理，以重建該劑量場(chǎng)的強度分布.實(shí)驗的處理結果如下：
圖6 模擬劑量場(chǎng)時(shí)所用的鉛磚 圖7和圖8為將一號鉛磚置于劑量場(chǎng)中，探測器對其模擬的場(chǎng)強分布進(jìn)行數據測量，重建的三維圖形.其中：圖7為對測量的投影數據未經(jīng)坪場(chǎng)修正，圖10則為經(jīng)過(guò)坪場(chǎng)修正后的處理結果.圖9為將三號鉛磚置于一號鉛磚之上，對所測量的數據(經(jīng)過(guò)坪場(chǎng)修正)，進(jìn)行重建后該劑量場(chǎng)強度分布的三維圖形.圖10為將二號鉛磚置于劑量場(chǎng)中，探測器在其下面進(jìn)行數據測量，并對測量的數據經(jīng)過(guò)坪場(chǎng)修正后，重建該劑量場(chǎng)強度分布的三維圖形.圖11和圖12為將三號鉛磚置于二號鉛磚之上，探測器對構造的劑量場(chǎng)進(jìn)行數據測量，所重建該劑量場(chǎng)強度分布的三維圖形.其中圖11未經(jīng)坪場(chǎng)修正，圖12則經(jīng)過(guò)坪場(chǎng)修正. |
圖7 劑量場(chǎng)重建圖像一 | 圖8 劑量場(chǎng)重建圖像二 | 圖9 劑量場(chǎng)重建圖像三 |
圖10 劑量場(chǎng)重建圖像四 | 圖11 劑量場(chǎng)重建圖像五 | 圖12 劑量場(chǎng)重建圖像六 |
| 影響測量系統精度的主要因素有：前端探測系統的隨機誤差；不同濾波函數對重建圖像質(zhì)量的影響；閃爍光纖芯直徑大小對重建精度的影響；數據采樣速率所產(chǎn)生的影響；探測器旋轉中心偏移產(chǎn)生的影響. 對于本文所設計的陣列式閃爍光纖探測器(有效探測區域100mm×100mm)，將其放置所構造的劑量場(chǎng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)成像測量，根據理論推導和實(shí)驗結果的數據分析，可估算可能導致的各種誤差［9］，以綜合評估系統的性能.若輸入的投影數據，其相對誤差不超過(guò)±3%，則模擬實(shí)驗和計算表明，重建誤差可控制在3%左右.對于直徑為1mm的光纖，獲取的投影數據平均相對誤差經(jīng)折算約為0.5%，重建平均相對誤差約為0.4%.投影方向數一般小于7個(gè)時(shí)，則完全不能重建.當方向數增加，則重建圖像誤差逐漸減小.采樣頻率的選取同樣應滿(mǎn)足Niquist定理，否則，會(huì )影響圖像重建精度及空間分辨.對于一般的劑量場(chǎng)分布，若不考慮各種其他因素的影響，當投影方向數為60，采樣間隔等于1mm時(shí)，圖像重建精度是非常高的.通過(guò)模擬運算，其重建場(chǎng)平均相對誤差非常小，約百分之零點(diǎn)幾.中心偏移對重建圖像質(zhì)量的影響十分大.在制作陣列式閃爍光纖探測器時(shí)，一定要切實(shí)注意精確地確定其旋轉中心位置，否則，會(huì )產(chǎn)生很大誤差，甚至導致變形.若中心偏差控制在不超過(guò)0.1個(gè)象素點(diǎn)，則產(chǎn)生的重建誤差可控制在2.0%以?xún)? 綜合各種因素，本系統的成像測量的總體平均相對誤差可控制在5%以?xún)?，空間分辨率不低于1mm. |
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