基于二分法的γ射线源距离估计与图像重建方法研究

为解决传统编码孔径成像技术中辐射源距离信息缺失导致的定位不准确问题，研究人员提出了一种融合二分法的改进最大似然期望最大化（MLEM）算法。通过构建多距离系统响应矩阵表，结合均方误差（MSE）和半高宽（FWHM）评估，实现了辐射源距离的快速估计与位置重构。实验表明，该方法显著提升了单源及同距离多源场景下的定位精度，为核安全监测与放射源管理提供了新思路。

　　

在核能技术飞速发展的今天，辐射源的应用已渗透到医疗、工业、农业等众多领域，但随之而来的放射源丢失或泄漏事件也严重威胁公共安全。传统γ相机采用针孔准直器成像，存在光收集效率低、空间分辨率不足的缺陷。尽管编码孔径成像技术通过改进阵列设计提升了信噪比和探测效率，但其生成的二维图像缺乏距离信息，导致辐射源定位存在显著误差。更棘手的是，现有解码算法如δ解码和精细采样平衡解码算法，或受限于计算复杂度，或对噪声敏感；而经典最大似然期望最大化（MLEM）算法虽能改善图像质量，却存在收敛速度慢、易受噪声干扰等问题。

针对这些技术瓶颈，国内研究团队开展了一项创新性研究。他们提出将二分法距离估计与MLEM算法相结合：首先通过蒙特卡洛模拟构建多距离系统响应矩阵表，利用二分搜索快速锁定辐射源的可能距离区间；随后叠加边界距离的系统矩阵生成近似响应矩阵，最终完成高精度图像重建。关键技术包括Geant4软件模拟的BGO闪烁体-SiPM探测器模型、MURA编码孔径设计，以及基于均方误差和半高宽的迭代终止判定策略。

编码孔径成像原理
研究阐明了编码孔径通过特定图案调制光子通量，利用投影数据解码实现辐射源可视化的机制。但散射和衍射会导致投影模糊，需依赖系统矩阵校正。

蒙特卡洛模拟配置
采用109.2 mm×109.2 mm铅屏蔽MURA编码器与58.8 mm×58.8 mm BGO晶体阵列的仿真模型，验证了算法在单源137Cs（662 keV）及多源场景下的有效性。

结论
实验数据证实，该算法可将辐射源距离估计误差控制在±5 cm内，同距离多源重建的定位精度提升40%。尤为重要的是，研究首次实现了系统矩阵的动态叠加，为复杂环境下的放射源管理提供了可定义距离区间的解决方案。

这项发表于《Applied Radiation and Isotopes》的研究，不仅突破了传统编码成像的维度限制，其创新的二分法距离估计框架更为后续多能量谱、异距离辐射源重建研究指明了方向。尽管在异距离多源场景中仍有优化空间，但该方法已为核应急响应与放射源追踪提供了重要的技术支撑。