本技术公开了一种PEPT示踪粒子的轨迹重构算法,该算法对PEPT探测器捕获的响应线(LoRs)数据进行分帧和定位处理,通过滑动窗口法对数据进行重叠切分来提高对LoRs数据的利用率,进而增加PEPT示踪粒子的定位频率;同时将两条异面直线的最短线段中心点引入到定位过程,作为两次正电子湮灭发出响应线(LoRs)的近似位置,使得定位过程更接近实际物理过程,具有更高的PEPT示踪粒子定位频率。
背景技术
PEPT(正电子发射粒子示踪)技术是一种面向工业过程中复杂多相流的新型无扰、无损的测量技术,能够对各种液体、粉末和颗粒系统的三维动力学进行成像。PEPT的基本原理是借助γ光子3D成像方法来实现对放射性示踪粒子的位置探测。由于示踪粒子内放射性核素非常不稳定,极易发生正电子发射和正电子湮灭事件,同时从示踪粒子处向外辐射γ射线并被探测器捕获,随后PEPT示踪粒子定位算法将捕获的γ射线数据转化为示踪粒子的位置数据。因此,PEPT技术可实现示踪粒子的运动轨迹测量,进一步进行动力学解算可获得PEPT示踪粒子的三维速度场、湍流场、密度场和分散度等物理参数,可以应用于各种广泛规模、几何和物理状态的系统和流动现象的研究。
其中,PEPT示踪粒子的轨迹重构是PEPT技术的核心步骤,将PEPT探测器捕获的γ射线(又称响应线,Line of response,LoR)数据转换为示踪粒子运动轨迹。因此PEPT示踪粒子轨迹重构算法需要先将LoRs数据流进行数据分帧,再将单帧LoRs数据转化为一个示踪粒子空间位置。理论上,忽略示踪粒子在极短时间内的运动距离,每条响应线(LoR)在数学上对应穿过示踪粒子位置的一条空间直线,且两条理想直线(LoRs)的交点即为示踪粒子的空间位置。但是,由于散射噪声、环境噪声等影响,绝大多数LoRs都互为异面直线,无法相交于空间中的一点。因此,通常使用几十或几百条LoRs来确定PEPT示踪颗粒的一个空间位置,以保证单帧LoRs数据中拥有足够的有效数据。
目前PEPT示踪粒子轨迹重构算法主要有:伯明翰算法、线密度算法和聚类算法等。这些算法普遍使用直接切分方法,切分后的每一帧数据首尾相连即为原始数据流,使得LoRs数据的利用率不高,进而导致PEPT示踪粒子定位频率不高的问题。同时,伯明翰算法将单帧PEPT定位问题简化为求解空间中一点,使其到所有直线距离之和最小,又称最小距离点;线密度算法和聚类算法是将单帧LoRs数据转化为直线在三维网格空间内的分布情况,然后将线密度较高的位置近似作为示踪粒子位置。这些方法对定位过程进行简化时并未考虑实际正电子湮灭的物理过程。
实现思路