УЛУЧШЕННОЕ УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ГАММА-ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ТОЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G01T1/164 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к улучшенному устройству формирования гамма-изображения для точного определения расположения источников излучения, что делает его особенно пригодным для подготовки к проведению в условиях облучения таких мероприятий, как техническое обслуживание, демонтаж или инспекция. Такое устройство включает в себя гамма-камеру.

Уровень техники

Начиная с начала 1990-ых гг., заявитель разработал относительно компактное устройство формирования гамма-изображения, называемое ALADIN для определения расположения источников излучения, излучающих гамма-лучи. Такие устройства формирования изображения выводят конечное изображение, сформированное из гамма-изображения, в котором, по меньшей мере, один источник излучения представлен как пятно со спектрозональной расцветкой, наложенное на изображение из видимого или квазивидимого света наблюдаемой сцены. Изображение источника излучения состоит из распределения интенсивности гамма-излучения, принимаемого гамма-камерой, тогда как изображение видимого или квазивидимого света наблюдаемой сцены получают либо с помощью самой гамма-камеры, или с помощью вспомогательного видимого или квазивидимого света, камеры, чувствительной к черно-белому или к цветному свету, взаимодействующей с гамма-камерой. Такое устройство формирования гамма-изображения выводит информацию об определении расположения любых источников излучения, наблюдаемых устройством. Изображение в квази-видимом свете может представлять собой инфракрасное изображение.

На фиг.1 показан вид в разрезе примера такого устройства формирования гамма-изображения. Оно содержит гамма-камеру 1, содержащую каскад точечных коллиматоров 2, сцинтиллятор 3, набор фотонных компонентов 4, включающих в себя в каскаде трубку - интенсифактор изображения, опто-оптический редуктор и детектор CCD. Фотонные компоненты не показаны. Сцинтиллятор 3 и набор фотонных компонентов 4 размещены в оболочке 5, экранированной от гамма-излучения у, по меньшей мере, из одного источника 8 излучения, наблюдаемого устройством формирования гамма-изображения. В альтернативном варианте осуществления точечный коллиматор 2 может быть заменен апертурой кодированной маски (не показана). Гамма-камеры с кодированной маской обладают большей чувствительностью, чем гамма-камеры с точечным коллиматором.

Сцинтиллятор 3 преобразует гамма-излучение Ry, принимаемое в виде световых сигналов, подаваемых в набор фотонных компонентов 4, которые преобразуют принимаемые световые сигналы в электрические сигналы, пригодные для обработки.

Устройство формирования гамма-изображения может дополнительно содержать закрепленную на гамма-камере 1, вспомогательную камеру 6, чувствительную к видимому или к почти видимому свету, в которой оптическая ось х1 смещена от оси обзора х2 гамма-камеры 1, так, что она остается, по существу, параллельной оси обзора х2 гамма-камеры 1. Такая конфигурация предлагает преимущество, которое обеспечивает возможность получения изображения в видимом или в квазивидимом свете, которое ниже называется изображением в видимом свете, при одновременном усилении гамма-изображения в результате гамма-излучения. Однако его недостаток состоит в том, что необходимо корректировать параллакс изображения видимого света таким образом, что скорректированное изображение видимого света выглядит, как полученное в том же направлении обзора, что и гамма-изображение.

Дополнительная конфигурация описана в патентной заявке [1], ссылка на которую приведена в конце описания, коррекцию параллакса выполняют с помощью системы зеркального визирования под углом 45°, что обеспечивает возможность наблюдения вспомогательной камерой визуального поля, в котором ось зрения сливается, по существу, с осью обзора гамма-камеры. Такая конфигурация включает в себя относительно сложный узел из системы визирования, которая должна иметь идеально отрегулированное положение.

Можно предусмотреть, чтобы гамма-камера 1 дополнительно содержала, перед коллиматором 2, затвор 7. Когда коллиматор 2 представляет собой коллиматор типа точечного отверстия, затвор 7 выполнен с возможностью занимать два положения: открытое положение и закрытое положение. Когда затвор 7 находится в открытом положении, гамма-камера 1 может получать изображение видимого света наблюдаемой сцены, и когда затвор 7 находится в закрытом положении, гамма-камера 1 может получать гамма-излучение и, таким образом, формировать гамма-изображение. При этом можно использовать один и тот же канал получения изображения. Однако эти два изображения не могут быть одновременными, поскольку необходимо переключать затвор 7 из одного положения в другое.

Гамма-изображение обычно представляет собой цифровое изображение, кодированное по 8 битам (256 градаций шкалы яркости). Его обновляют в соответствии с частотой получения, которая изменяется от десятков миллисекунд (режим реального времени) до секунд (так называемый, режим квази-реального времени). При этом возможно накапливать количество гамма-изображений для получения 16-битного кодированного гамма-изображения. Количество используемых изображений часто составляет от сотен, в случае высокой степени излучения, и до тысяч, в случае низкого уровня излучения.

Когда получают гамма-изображение, затвор 7 закрывают, и при этом невозможно получать одновременно видимое изображение.

Такое изображение обеспечивает возможность детектирования присутствия источника излучения, но не обеспечивает его точное пространственное определение расположения. Опыт демонстрирует, что с помощью такой гамма-камеры обеспечивается детектирование источника излучения, формирующего мощность дозы 10 микро Гр/час в общей окружающей среде 0,1 микро Гр/час. Такое гамма-изображение получают после обработки сигналов, выводимых набором фотонных компонентов, и эти операции обработки, возможно, состоят из низкочастотной фильтрации и расцвечивания.

В такой конфигурации гамма-изображение и изображение видимого света идеально выровнены, поскольку их сняли на одной оси. Однако они не были сняты одновременно, поскольку они выведены из разных состояний затвора. Конечное изображение получают после ретроспективной обработки.

Затвор 7 с двумя его положениями нельзя использовать с гамма-камерой 1 с точечным коллиматором, поскольку при использовании апертуры в виде кодированной маски нельзя получить изображение, пригодное для обработки в открытом положении. При использовании апертуры кодированной маски используется закрытый фиксированный затвор. При использовании гамма-камеры с кодированной маской вспомогательная камера, прикрепленная к гамма-камере, обязательно используется для получения изображения в видимом свете и наложение гамма-изображений и изображения в видимом свете выполняют приблизительно после лабораторной калибровки. Кроме того, необходимо определять расстояние между устройством формирования гамма-изображения и источником излучения, что представляет собой существенное ограничение.

В документах [2] и [3], ссылки на которые приведены в конце настоящего описания, описана операция и рабочие характеристики устройств формирования гамма-изображений с точечным коллиматором. Документы, обозначенные ссылочными позициями [4] и [5], описывают операцию и рабочие характеристики устройств формирования гамма-изображения с апертурой в виде кодированной маски. Патентная заявка, обозначенная номером [6], описывает дополнительные инструменты для устройства формирования гамма-изображений, которые улучшают точность выполняемых измерений. Документы, обозначенные номерами [7] и [8], демонстрируют, как сцинтиллятор и фотонные компоненты могут быть заменены твердотельным детектором, состоящим из считываемого устройством гибридного разделенного на пиксели полупроводника. Он также может состоять из элементарных полупроводниковых матриц. Твердотельный полупроводниковый детектор преобразует принимаемое гамма-излучение непосредственно в электрические сигналы. Полупроводниковый материал может, например, представлять собой кремний или теллурид кадмия. В этих двух случаях гамма-камера не может получать изображения в видимом свете, и должна быть предусмотрена вспомогательная камера.

Устройство формирования гамма-изображений может, кроме того, включать в себя коллимированный зонд гамма-спектрометрии, содержащий детектор гамма-спектрометрии, расположенный после коллиматора гамма-спектрометрии. Этот зонд жестко соединен с гамма-камерой или вспомогательной камерой. На фиг.1 не показан коллимированный зонд гамма-спектрометрии. Коллимированный зонд гамма-спектрометрии обеспечивает возможность измерения энергии принимаемого гамма-излучения, и подсчет ее количества в течение заданного периода, что обеспечивает возможность идентификации и квантификации излучающих элементов, обеспечивающих гамма-излучение.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство формирования гамма-изображения, которое не имеет недостатков, описанных выше, то есть: необходимость обработки параллакса между гамма-изображением и изображением видимого света и получение конечного изображения в автономном режиме.

Для достижения этого настоящее изобретение относится к устройству формирования гамма-изображения, содержащему:

- гамма-камеру на основе коллиматора с точечным отверстием для получения изображения гамма-излучения, принимающую гамма-изображение наблюдаемой сцены, на передней стороне которой предусмотрена ось обзора;

- вспомогательную камеру для захвата видимого светового изображения наблюдаемой сцены. В соответствии с изобретением, вспомогательная камера расположена перед передней стороной гамма-камеры, и имеет оптическую ось, по существу, слитую с оптической осью обзора гамма-камеры таким образом, что видимое изображение световой камеры и гамма-изображение снимают, по существу, одновременно с одним направлением обзора.

Устройство формирования гамма-изображения может, кроме того, содержать средство получения и обработки сигналов, выводимых вспомогательной камерой и с помощью гамма-камеры для подачи, по существу, в режиме реального времени относительно съемки в средство дисплея конечного изображения наблюдаемой сцены, которое представляет собой наложение на изображение видимого света одного или множества источников излучения, расположенных в наблюдаемой сцене и детектируемых по снятому гамма-изображению.

Представление выполнено как цветное пятно или внешний контур.

Вспомогательная камера может быть установлена на опорном элементе, который закреплен на передней части гамма-камеры, в частности, путем привинчивания или с использованием крепления.

Опорный элемент может, по существу, представлять собой вращающийся цилиндр и может иметь внешний диаметр больше, чем внешний диаметр гамма-камеры, для обеспечения возможности привинчивания или крепления. Устройство формирования гамма-изображения, оборудованное вспомогательной камерой, таким образом, остается очень компактным.

Предпочтительно, опорный элемент изготовлен из материала, непрозрачного для видимого света, для предотвращения попадания упомянутого света в гамму-камеру.

Опорный элемент изготовлен из материала, имеющего достаточно низкую плотность, такого как алюминий или пластик, чтобы затенять гамма-излучение из наблюдаемой сцены в как можно в меньшей степени.

Устройство формирования гамма-изображения может, кроме того, содержать коллимированный зонд гамма-спектрометрии, жестко закрепленный на опорном элементе и/или гамма-камере.

Гамма-камера может, дополнительно содержать, на ее передней стороне, в случае необходимости, съемный затвор (для формирования гамма-изображений), когда он закрыт, или видимых изображений, когда он открыт.

Гамма-камера может быть пригодной для получения изображения в видимом свете наблюдаемой сцены. Изображения в видимых лучах из гамма-камеры и вспомогательной камеры совмещают друг с другом.

Настоящее изобретение также относится к способу для определения расположения одного или множества источников излучения, присутствующих на сцене, наблюдаемой описываемым устройством формирования гамма-изображения. Он содержит следующие этапы:

- по существу, одновременно снимают изображения в видимом свете наблюдаемой сцены и в гамма-излучении из источников излучения;

- формируют гамма-изображения наблюдаемой сцены, используя снятое гамма-излучение;

- обрабатывают гамма-изображение, возникшее в результате представления источников излучения с:

разделением гамма-изображения на одну или множество основных зон, состоящих из пикселей,

- выделяют, по меньшей мере, один показатель для каждой основной зоны, причем этот показатель передает количество сигналов пикселей основной зоны;

- определяют среди основных зон одну или множество эффективных зон, для которых показатель больше, чем пороговое значение;

- в случае необходимости, обрезают эффективные зоны, для того, чтобы представить очертания эффективных зон, причем эффективные зоны или очертания эффективных зон формируют представление;

- накладывают изображения видимого света и представления, для получения конечного изображения наблюдаемой сцены;

- отображают конечное изображение.

В дополнительном варианте осуществления обработка может дополнительно содержать:

- определяют среди основных зон одну или множество нейтральных зон, в которых показатель меньше, чем пороговое значение;

- выделяют нулевой уровень для пикселей нейтральной зоны;

- выполняют сравнение с пороговыми значениями, используя одно или множество пороговых значений и представляют цвета на основе пороговых значений нейтральных и эффективных зон, причем нейтральные и эффективные зоны после сравнения с пороговыми значениями и определения цветов получают представление.

Перед сравнением с пороговыми значениями может быть выполнена фильтрация для устранения взаимных помех.

Показатель, упомянутый выше, может представлять средний уровень пикселей на основе, например, зон.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более понятным при чтении описания примеров вариантов осуществления, приведенных только с целью обозначения, а не для ограничения, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

- на фиг.1, описанной выше, показан вид в разрезе известного устройства формирования гамма-изображения;

- на фиг.2А, 2С, 2D показаны трехмерные виды примеров устройств формирования гамма-изображения в соответствии с изобретением во время их сборки, на фиг.2В показано устройство формирования гамма-изображения с кодированной маской;

- на фиг.3 иллюстрируется вид в разрезе примера устройства формирования гамма-изображения в соответствии с изобретением;

- на фиг.4А - 4С показаны различные этапы примеров способа для определения расположения одного или множества источников излучения, присутствующих на сцене, наблюдаемой устройством формирования гамма-изображения в соответствии с изобретением.

Идентичные, аналогичные или эквивалентные части различных чертежей обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций, для того, чтобы способствовать переходу с одного чертежа на другой.

Различные части, представленные на чертежах, не обязательно представлены в одном масштабе, с тем, чтобы сделать чертежи проще для считывания.

Подробное описание изобретения

Далее рассмотрим фиг.2А, 2С, 2D, представляющие различные виды устройства формирования гамма-изображения в соответствии с изобретением в процессе его сборки. Оно содержит обычную гамма-камеру 10, которая может быть очень похожа на ту, что описана со ссылкой на фиг.1, с номером 1 ссылочной позиции. Она состоит из гамма-камеры с точечным коллиматором, как на фиг.2А. На фиг.2В, гамма-камера представляет собой камеру типа камеры с кодированной маской, эта фигура не является частью изобретения. Гамма-камера 10 имеет переднюю сторону 11 на торце с точечным отверстием 12. На фиг.2С, 2D передняя сторона торца с точечным отверстием гамма-камеры не показана. Гамма-камера 10 предназначена для получения гамма-изображения наблюдаемой сцены 17.

Гамма-камера 10 имеет ось обзора х1'. Устройство формирования гамма-изображения дополнительно содержит вспомогательную камеру 15, чувствительную к видимому или близкому к видимому свету, например, инфракрасному. Вспомогательная камера 15 предпочтительно представляет собой цифровую камеру. Вспомогательная камера 15 содержит оптическую ось х2'. Вспомогательная камера 15 жестко соединена с передней стороной 11 гамма-камеры 10, оптическая ось х2' ее, по существу, сливается с осью обзора х1' гамма-камеры 10. Гамма-камера 10 и вспомогательная камера 15 охватывают наблюдаемую сцену 17 с одинаковым направлением обзора, при этом вспомогательная камера 15 расположена перед гамма-камерой 10 относительно наблюдаемой сцены 17.

Большинство коммерческих гамма-камер, используемых в области формирования медицинских изображений, содержит коллиматоры, имеющие параллельные каналы, или коллиматор типа кодированной маски. Такая конфигурация обеспечивает исключительный сбор сигналов. Точечные коллиматоры позволяют получить, через гамма-камеру, изображение видимого света, пригодное для обработки, хотя и посредственного качества. При этом возможно, как описано выше, используя одно и то же устройство формирования изображения, переключаться с режима видимого света на режим гамма-излучения, используя съемный затвор, при этом изображение видимого света получают, когда затвор открыт, и изображение гамма-излучения получают, когда затвор закрыт.Однако при этом невозможно получить изображение видимого света и изображение в гамма-лучах одновременно. В случае существенного количества света, поступающего в гамма-камеру, когда затвор открыт, это может сформировать явление бликов яркости и послесвечения на детекторе. Таким образом, желательно свести к минимуму количество изображений, формируемых в режиме видимого света гамма-камерой.

Вспомогательная камера 15 жестко соединена с гамма-камерой 10 через опорный элемент 16, закрепленный на гамма-камере 10, на конце ее передней стороны 11. Вспомогательная камера 15 установлена на опорном элементе 16. Вспомогательная камера 15 выбрана с компактными размерами. Гамма-камера 10 закреплена на опорном элементе 16 или привинчена к опорному элементу 16. Опорный элемент 16 изготовлен из материала, имеющего как можно меньшую плотность, с тем, чтобы в минимальной степени затенять гамма-излучение Rγ от одного или множества источников 22 излучения, расположенных в наблюдаемой сцене 17, и направленных в направлении гамма-камеры 10. Соответствующие материалы представляют собой, например, алюминий или пластик. Тот же опорный элемент 16 можно использовать независимо от типа гамма-камеры 10. Другими словами, опорный элемент 16 совместим с множеством моделей гамма-камер 10. Гамма-камера 10 с точечным отверстием содержит на передней стороне, по существу, конический коллиматор, в то время как передняя сторона гамма-камеры 10 с кодированной маской выполнена, по существу, плоской. Опорный элемент 16 выполнен в форме, например, вращающегося цилиндра, содержащего на одном конце корпус 18 для вспомогательной камеры 15 и на другом конце отсек 19, в котором устанавливают переднюю сторону 11 гамма-камеры 10. Ссылка также сделана на фиг.3. Винтовая резьба 20 может быть предусмотрена для навинчивания на гамма-камеру 10, как показано на фиг.3. Объектив гамма-камеры 15 может находиться на одном уровне с опорным элементом 16. Опорный элемент 16 имеет внешний диаметр, который больше, чем у гамма-камеры 10, для обеспечения крепления. Цель этого состоит в том, чтобы не увеличивать чрезмерно диаметр устройства формирования гамма-изображения относительно размеров одной только гамма-камеры. Однако, после того как опорный элемент 16 будет закреплен на гамма-камере 10, устройство формирования гамма-изображения имеет увеличенную длину по сравнению с одной только гамма-камерой.

Опорный элемент 16 выполнен непрозрачным для видимого или близкого к видимому свету, попадающего во вспомогательную камеру 15, и закреплен достаточно плотно на гамма-камере 10, для предотвращения попадания упомянутого света в гамма-камеру 10. Это защищает сцинтиллятор и усилитель изображения гамма-камеры и продлевается срок ее службы.

Детектор 21 гамма-камеры 10 независимо от того, является ли он детектором типа CCD или твердотельным полупроводниковым детектором, содержит множество чувствительных элементов или пикселей, каждый из которых выводит электрический сигнал, в зависимости от распределения гамма-излучения Rγ, излучаемого одним или множеством источников 22 излучения, расположенных на наблюдаемой сцене 17. Сигналы от детектора 21 одновременно зависят от его положения на поверхности детектора 21 и от энергии гамма-излучения в источнике взаимодействия в сцинтилляторе, если он присутствует, или в самом детекторе, когда он представляет собой твердотельный полупроводниковый детектор.

Устройство формирования гамма-изображения в соответствии с изобретением может дополнительно содержать коллимированный зонд 23 гамма-спектрометрии, жестко соединенный с опорным элементом 16 и/или гамма-камерой 10. Зонд 17 гамма-спектрометрии ориентирован вдоль оси х3', которая, по существу, параллельна общей оси х1', х2' гамма-камеры 10 и видимой камеры 15, но смещен от нее.

Кроме того, возможно обеспечить, в случае необходимости, съемный затвор 24 на передней стороне гамма-камеры 10. Такой затвор позволяет получать гамма-изображения, когда он закрыт, или видимые изображения, когда он открыт.Использование затвора 24 обеспечивает возможность предварительной калибровки зон видимости камеры в режиме гамма-излучения и в видимом режиме.

Гамма-камеры с коллиматором параллельных лучей также существуют.

Гамма-камеры, в которых используются коллиматоры параллельных лучей, не пригодны для определения расположения источников излучения, расположенных на больших расстояниях, например, больше, чем 1 м от коллиматора. Камеры такого типа предпочтительно находятся в контакте или псевдоконтакте. Расстояние между коллиматором и источником обычно находится в диапазоне между несколькими сантиметрами и до десятков сантиметров.

Гамма-камеры, в которых используется коллиматор с кодированной маской, могут быть пригодны для наблюдения источников излучения, расположенных на больших расстояниях, но с ними связана проблема формирования дефектов изображения, когда источники расположены в непосредственной близости к наблюдаемому полю. Авторы настоящего изобретения, таким образом, наблюдали, что, когда источники излучения расположены на переменных расстояниях относительно гамма-камеры, упомянутые расстояния изменялись от десятков сантиметров до десятков метров, в любой точке наблюдаемого поля, включая в себя непосредственную близость к пределам поля, или за пределами поля, при этом конфигурация с точечным отверстием была предпочтительной относительно конфигурации с кодированной маской или коллиматором параллельных лучей. Конфигурация с точечным отверстием позволяет получить оптическую систему, имеющую бесконечную глубину поля, то есть, источники излучения будут выглядеть четко, независимо от их расстояния относительно устройства формирования гамма-изображения, без требования какого-либо фокусирования. Такая конфигурация, таким образом, является очень предпочтительной.

Кроме того, использование гамма-камеры с точечным отверстием не требует использования сложных алгоритмов декодирования.

Устройство формирования гамма-изображения в соответствии с изобретением дополнительно содержит устройство 26 дисплея и средство 25 получения и обработки электрических сигналов, выводимых вспомогательной камерой 15 и гамма-камерой 10. Такое средство 25 получения и обработки содержат два канала получения и обработки, один из них называется гамма-каналом Vg, и другой называется видимым каналом Vv, которые взаимодействуют для вывода в устройство 26 дисплея конечного изображения If, которое представляет собой изображение видимого света сцены, снятой видимой камерой 15 в заданный момент времени вдоль направления обзора. Конечное изображение If представляет собой наложение представления R одного или множества источников 22 излучения, снятого гамма-камерой 10, по существу, в заданный момент времени и, по существу, в том же направлении обзора. Направления обзора соответствуют осям х1', х2'. Оптические оси х1', х2' двух камер сливаются на чертежах. Зоны видимости камер могут отличаться друг от друга, однако, предпочтительно, чтобы зона видимости камеры видимого света была больше.

Средство 25 получения и обработки включает в себя автоматизированную систему обработки изображений, которая может быть обычной.

По меньшей мере, можно использовать два режима обработки, первый из которых называется режимом наложения и второй называется режимом направления, третий режим, называемый композитным режимом, может частично комбинировать оба режима. В режимах обработки снимают изображение Iv видимого света и гамма-излучение, формирующее основу гамма-изображения Ig, по существу, одновременно, и они соответствуют одной и той же наблюдаемой сцене. Каждое из этих изображений передают через каналы Nn, Vg, соответственно.

Режим наложения будет описан первым со ссылкой на фиг.4А.

В начальное время (t=0), вспомогательная камера снимает изображение Iv видимого света (блок В1) наблюдаемой сцены и, по существу, одновременно гамма-камера снимает гамма-излучение Ry (блок В2) из одного или множества источников излучения, расположенных на одной и той же наблюдаемой сцене.

Такое гамма-излучение Ry используется для формирования гамма-изображения Ig (блок ВЗ), но такое гамма-изображение Ig формируют только после некоторого времени texp, соответствующего времени экспозиции детектора. Такое время экспозиции texp изменяется, например, от 0,04 секунды до 5 секунд, предпочтительно, находится пределах от 0,8 секунд и до несколько больше, чем 2 секунды.

После формирования гамма-изображения Ig на детекторе, его обрабатывают (блок В4), обработка может содержать, по меньшей мере, одну низкочастотную фильтрацию для устранения шумов. Она, кроме того, содержит сравнение с пороговым значением, с использованием одного или множества пороговых значений, назначение цветов для назначения разных цветов пикселям в гамма-изображении Ig в соответствии с его уровнем сравнения с пороговым значением. Назначение цветов зависит от пороговых значений. Может быть предусмотрена дальнейшая обработка, известная в настоящее время для специалистов в данной области техники. Обработка приводит к получению представления R источников излучения (блок В5). Источники излучения соответствуют раскрашенным в разные цвета пятнам в представлении R.

Представление R накладывают на изображение Iv в видимом свете (блок В6), в результате чего получают конечное изображение If. Раскрашенные в разные цвета пятна отделены на фоне видимого изображения. Конечное изображение If отображают в средстве 26 дисплея в момент времени t=texp+Δt (блок В7). Время Δt, прошедшее между формированием гамма-изображения Ig и отображением конечного изображения If очень короткое, оно зависит от характеристик используемого средства обработки и времени экспозиции камеры: типично оно находится между несколькими миллисекундами и несколькими секундами.

Устройство формирования гамма-изображения в соответствии с изобретением может затем снимать дальнейшее гамма-излучение Ry и, по существу, одновременно дальнейшее изображение Iv видимого света одной и той же наблюдаемой сцены. Время обновления между формированием двух последовательных гамма-изображений находится от приблизительно 0,04 секунды до 5 секунд.

Режим направления будет описан со ссылкой на фиг.4 В.

В начальное время (t=0), вспомогательная камера снимает изображение Iv видимого света (блок В 11) наблюдаемой сцены и, по существу, одновременно гамма-камера снимает гамма-излучение Rγ (блок В 12) из одного или множества источников излучения, расположенных на той же наблюдаемой сцене.

Такое гамма-излучение Rγ может использоваться для получения гамма-изображения Ig (блок В 13), но такое гамма-изображение Ig формируется только на детекторе через некоторое время texp, соответствующе времени экспозиции детектора. Такое время texp экспозиции изменяется, например, от 0,04 секунды до 5 секунд, предпочтительно от 0,8 секунд и несколько больше, чем 2 секунды.

Формируемое гамма-изображения Ig будет обработано (блок В 14). Его делят на одну или множество основных зон zb, в которых предусмотрены пиксели. Каждой из основных зон zb назначают, по меньшей мере, один показатель II, представляющий количество сигнала, присутствующего в каждом из пикселей основной зоны zb. С этой целью, становится возможным выполнить арифметический анализ, и показатель II может представлять собой арифметическое среднее значение уровня каждого из пикселей основной зоны zb. Кроме того, показатели можно использовать, как вариацию среднего арифметического значения или, кроме того, статистические показатели, такие как среднее значение или другие квантили, среднеквадратичное отклонение и т.д.

Среди основных зон zb затем определяют одну или множество эффективных зон zu, для которых показатель II больше, чем пороговое значение S1. Эффективные зоны zu задают представление R источников излучения. При этом возможно накладывать представление R на изображение Iv видимого света.

В альтернативном варианте осуществления каждая эффективная зона zu может быть обрезана, для представления общих очертаний С каждой эффективной зоны zu гамма-изображения Ig. Общие очертания эффективных зон zu задают представление источников излучения. В этом случае, на изображение Iv видимого света накладывают только общие очертания С эффективных зон zu гамма-изображения Ig. В обоих случаях, эффективные зоны zu или общие очертания эффективных зон формируют представление R наблюдаемых источников излучения.

Представление R накладывают на изображение Iv видимого света (блок Вб), в результате формируется конечное изображение If.

Конечное изображение If отображают в средстве 26 дисплея в момент времени t=texp+Δt (блок В7), Время Δt, прошедшее между формированием гамма-изображения Ig и отображением конечного изображением If очень короткое. Это зависит от характеристик используемого средства обработки и времени экспозиции камеры, оно типично составляет от нескольких миллисекунд до нескольких секунд.

Оператор может регулировать и выбирать количество основных зон zb, их геометрическую форму и пороговое значение S1, работая с устройством формирования изображения в соответствии с изобретением. Геометрическая форма, предпочтительно, является многоугольной. Эффективные зоны zu представляют собой зоны, генерирующие наиболее интенсивное излучение.

Со ссылкой на фиг.4С, ниже будет описан композитный режим. В начальное время (t=0) вспомогательная камера снимает изображение Iv видимого света (блок В21) наблюдаемой сцены и, по существу, одновременно гамма-камера снимает гамма-излучение Rγ (блок В22) от одного или множества источников излучения, расположенных на той же наблюдаемой сцене. Такое гамма-излучение Rγ используется для формирования гамма-изображения Ig (блок В23), но такое гамма-изображение Ig формируется только через некоторое время texp, соответствующее времени экспозиции детектора.

Такое время texp экспозиции изменяется, например, от 0,04 секунды до 5 секунд, предпочтительно от 0,8 секунд до несколько больше, чем 2 секунд.

Сформированное гамма-изображение Ig будет обработано (блок В24). Его разделяют на одну или множество основных зон zb, в которых предусмотрены пиксели. Каждая из основных зон zb совмещена, по меньшей мере, с одним показателем 12, который представляет количество сигнала, присутствующего в каждом из пикселей основной зоны zb. С этой целью можно выполнить арифметический анализ, и показатель 12 может представлять среднее арифметическое уровня каждого из пикселей в основной зоне zb. Дополнительные показатели можно использовать, такие как медиана или другие квантили, дисперсию или прогрессию упомянутых показателей с течением времени.

Среди основных зон zb затем определяют одну или множество эффективных зон zu, для которых показатель 12 меньше, чем пороговое значение S2, и одну или множество эффективных зон zu, для которых показатель S2. Пикселям нейтральной зоны зон затем назначают нулевой уровень. Затем выполняют сравнение с пороговым уровнем, используя один или множество пороговых значений нейтральных зон zn и эффективных зон zu, после чего следует раскраска на основе пороговых значений. Фильтрация может быть предусмотрена пред сравнением с пороговыми значениями. Эффективные зоны zu и нейтральную зону zn формируют после сравнения с пороговыми значениями и раскраски представления R источников излучения (блок В25).

Представление R накладывают на изображение Iv видимого света (блок В26), в результате чего получают конечное изображение If.

Конечное изображение If отображают в средстве 21 дисплея в момент времени t=texp+At (блок В27). Источники излучения появляются как цветные пятна на видимом изображении. Время At, прошедшее между съемкой гамма-изображения Ig и отображением конечного изображения If, очень короткое. Оно зависит от характеристик используемого средства обработки и времени экспозиции камеры, оно составляет типично от нескольких миллисекунд до нескольких секунд.

Устройство формирования гамма-изображения в соответствии с изобретением затем может снимать другое гамма-излучение и, по существу, одновременно дополнительное изображение Iv в видимом свете той же наблюдаемой сцены. Время обновления между съемкой двух последовательных гамма-изображений составляет от приблизительно 0,04 секунды до 5 секунд.

Количество основных зон zb, их геометрическую форму и пороговое значение S1 можно регулировать и выбирать с помощью операции, которая управляет устройством формирования изображения в соответствии с изобретением. Геометрическая форма является предпочтительно многоугольной. Эффективные зоны zu представляют собой зоны, которые генерируют наиболее интенсивное излучение.

В изобретении устройство формирования изображения позволяет снимать одновременно гамма-излучение, генерирующее гамма-изображение, и изображение в видимом свете одной и той же наблюдаемой сцены.

В предшествующем уровне техники не было возможности наблюдать сцену из одного и того же направления обзора гамма-камеры и вспомогательной камеры, которые были смещены по оси относительно друг друга, или в них присутствовало отражающее зеркало. Когда гамма-камера работает в режиме видимого света и в режиме гамма-изображения, видимое изображение и гамма-излучение, формирующие гамма-изображение, не были сняты одновременно.

Устройство формирования гамма-изображения в соответствии с изобретением, таким образом, обеспечивает возможность определения расположения в режиме реального времени источников излучения при движении узла из гамма-камеры и вспомогательной камеры. Таким образом, становится возможным получать изображение в видимом свете наблюдаемой сцены, где детектируемый источник излучения ограничен рамкой. В альтернативном варианте осуществления становится возможным получать изображение видимого света наблюдаемой сцены, при этом на него наложено представление детектированных источников излучения. Дополнительный вариант осуществления состоит в нацеливании на конкретную точку наблюдаемой сцены и выполнение длительных измерений.

Преимущество такого длительного измерения состоит в накоплении изображений, что приводит к исключительным статистическим результатам измерений. Такой режим подразумевает более медленное обновление конечного изображения, поскольку это связано с количеством накопленных изображений. Количество накопленных изображений может быть определено произвольно.

Если коллимированный зонд гамма-спектрометрии будет предусмотрен в устройстве формирования гамма-изображения в соответствии с изобретением, становится возможным обеспечить квантификацию детектируемых источников излучения. Однако такая квантификация получается в автономном режиме.

Хотя множество вариантов осуществления настоящего изобретения было представлено и описано подробно, следует понимать, что различные изменения и модификации могут быть выполнены, без выхода за пределы объема изобретения.

Цитируемые документы

[1] FR-A-2734372

[2] "The development and improvement of the Aladin gamma camera to localize gamma activity in nuclear activities", C. Le Goaller et al., European Commission, Nuclear science and technology, EUR 18230, 1998.

[3] "On site nuclear video imaging", C. Le Goaller et al., Waste Management 1998, Tucson, USA, February 1998.

[4] "Imaging systems: new techniques for decommissioning", C. Mane et al., ANS 2005, Denver, USA, August 2005.

[5] "Recent progress in low-level gamma imaging", C. Mane et al., ICEM 2007, Bruges, Belgium, September 2007.

[6] WO 2006/09003 5

[7] "Gamma imaging: recent achievements and ongoing developments", Le Goaller et al., European Nuclear Conference 2005, Versailles, France, December 2005.

[8] "First experimental tests with a CdTe photon counting pixel detector hybridized with a Medipix2 readout chip", О. Gal et al., IEEE 2003, Nuclear Science Symposium Conference Record, September 2007.

Изобретение относится к устройству формирования гамма-изображения. Устройство формирования гамма-изображения, содержащее гамма-камеру (10) для съемки изображения наблюдаемой сцены (17) в гамма-лучах, называемого гамма-изображением, имеющую переднюю сторону (11) и ось обзора (х1'), и вспомогательную камеру (15) для съемки изображения наблюдаемой сцены (17) в видимом свете, при этом вспомогательная камера (15) расположена перед передней стороной (11) гамма-камеры (10), которая представляет собой коллиматорную гамма-камеру с точечным отверстием, причем вспомогательная камера (15) имеет оптическую ось (х2'), по существу, совпадающую с осью обзора (х1') гамма-камеры (10), так что изображение в видимом свете и гамма-изображение снимаются, по существу, одновременно с одним и тем же направлением обзора, благодаря чему определяют расположение источников радиации, находящихся на расстоянии от десятков сантиметров до десятков метров от гамма-камеры. Технический результат - повышение качества формирования гамма-изображения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство формирования гамма-изображения, содержащее гамма-камеру (10) для съемки изображения наблюдаемой сцены (17) в гамма-лучах, называемого гамма-изображением, имеющую переднюю сторону (11) и ось обзора (х1'), и вспомогательную камеру (15) для съемки изображения наблюдаемой сцены (17) в видимом свете, при этом вспомогательная камера (15) расположена перед передней стороной (11) гамма-камеры (10), которая представляет собой коллиматорную гамма-камеру с точечным отверстием, причем вспомогательная камера (15) имеет оптическую ось (х2'), по существу, совпадающую с осью обзора (х1') гамма-камеры (10), так что изображение в видимом свете и гамма-изображение снимаются, по существу, одновременно с одним и тем же направлением обзора, благодаря чему определяют расположение источников радиации, находящихся на расстоянии от десятков сантиметров до десятков метров от гамма-камеры.

2. Устройство формирования гамма-изображения по п.1, дополнительно содержащее средство (25) для получения и обработки сигналов, выводимых вспомогательной камерой (15) и гамма-камерой (10), для подачи, по существу, в режиме реального времени относительно съемки в средство (26) отображения конечного изображения (If) наблюдаемой сцены (17), которое представляет собой наложение изображения (Iv) в видимом свете и представления одного или множества источников (22) излучения, расположенных в наблюдаемой сцене (17) и детектируемых в снятом гамма-изображении.

3. Устройство формирования гамма-изображения по п.2, в котором представление (R) представляет собой расцвеченное пятно или контур.

4. Устройство формирования гамма-изображения по п.1, в котором вспомогательная камера (15) установлена на опорный элемент (16), который закреплен спереди гамма-камеры (10), в частности, с помощью винтов или крепления.

5. Устройство формирования гамма-изображения по п.4, в котором опорный элемент (16), по существу, представляет собой вращающийся цилиндр и имеет внешний диаметр больший, чем внешний диаметр гамма-камеры (10), для обеспечения возможности привинчивания или крепления.

6. Устройство формирования гамма-изображения по п.4, в котором опорный элемент (16) выполнен из материала, непрозрачного для видимого света, для предотвращения попадания света внутрь гамма-камеры (10).

7. Устройство формирования гамма-изображения по п.4, в котором опорный элемент (16) выполнен из материала, имеющего достаточно низкую плотность, такого как алюминий или пластик, чтобы как можно в меньшей степени ослаблять гамма-излучение от наблюдаемой сцены (17).

8. Устройство формирования гамма-изображения по п.1, дополнительно содержащее коллимированный зонд (23) гамма-спектрометрии, жестко закрепленный на опорном элементе (16) и/или на гамма-камере (10).

9. Устройство формирования гамма-изображения по п.1, дополнительно содержащее необязательный съемный затвор (24) на передней стороне (11) гамма-камеры (10).

10. Устройство формирования гамма-изображения по п.1, в котором гамма-камера (10) выполнена с возможностью получения изображения в видимом свете наблюдаемой сцены, причем изображения в видимом свете из гамма-камеры (10) и вспомогательной камеры (15) совмещены друг с другом.

11. Способ определения расположения одного или множества источников излучения, находящихся в сцене, наблюдаемой с помощью устройства формирования гамма-изображения по п.2, содержащий этапы, на которых: по существу, одновременно снимают с одним и тем же направлением обзора гамма-излучение (Rγ) от источников (22) излучения с помощью гамма-камеры и изображение (Iv) наблюдаемой сцены в видимом свете с помощью вспомогательной камеры, причем вспомогательная камера расположена перед гамма-камерой, ее оптическая ось, по существу, совпадает с осью обзора гамма-камеры;
формируют гамма-изображение (Ig) наблюдаемой сцены, используя захваченное гамма-излучение;
обрабатывают гамма-изображение (Ig), получая представление (R) источников (22) излучения, при этом:
разделяют гамма-изображение (Ig) на одну или множество основных зон (zb), состоящих из пикселей,
выделяют но меньшей мере один показатель (I1) для каждой основной зоны (zb), причем показатель (I1) представляет значение сигнала основной зоны (zb);
определяют среди основных зон (zb) одну или множество эффективных зон (zu), для которых показатель (I1) больше, чем пороговое значение (S1);
в случае необходимости обрезают эффективные зоны (zu) для представления контура (С) эффективных зон, причем эффективные зоны или внешние контуры эффективных зон задают представление (R),
накладывают изображение (Iv) в видимом свете и представление (R) для получения конечного изображения (If) наблюдаемой сцены (17);
отображают конечное изображение (If).

12. Способ определения расположения по меньшей мере одного источника излучения по п.11, в котором обработка дополнительно содержит этапы, на которых:
определяют среди основных зон (zb) одну или множество нейтральных зон (zn), для которых показатель (12) меньше порогового значения (S2);
выделяют нулевой уровень для пикселей нейтральной зоны (zn);
выполняют сравнение с одним или множеством пороговых значений и выполняют расцвечивание на основе пороговых значений нейтральных и эффективных зон, причем нейтральные и эффективные зоны после сравнения с пороговыми значениями и расцветки задают представление (R).

13. Способ определения расположения по п.11, в котором перед сравнением с пороговыми значениями выполняют фильтрацию.

14. Способ определения расположения по п.11, в котором показатель (I1, 12) представляет собой средний уровень пикселей основной зоны (zb).