發(fā)布時間：2020-11-22 06:32

　　 在計算機層析成像(computed tomography,簡稱CT)中,一個前置于病人的蝴蝶結(jié)型射線濾波器(bowtie filter或bowtie)能夠根據(jù)病人的檢測部位和尺寸有選擇性地衰減X射線來平衡到達探測器的光子通量,同時降低病人所受的輻射劑量、減小散射與射線硬化對成像的影響。傳統(tǒng)的靜態(tài)Bowtie在CT掃描過程中對X射線的調(diào)制不發(fā)生變化,因而探測器上的光子通量不能被動態(tài)調(diào)制。為此,中國重慶大學(xué)的劉豐林教授和美國倫斯樂理工學(xué)院(Rensselaer Polytechnic Institute)的王革教授聯(lián)合提出一種能夠動態(tài)調(diào)制X射線且適用于錐束CT掃描的動態(tài)Bowtie,本文中稱之為錐束CT動態(tài)Bowtie。此動態(tài)Bowtie是由填充衰減液的高衰減模塊(highly attenuating bowtie,簡稱HB)和位于HB衰減液中的低衰減模塊(weakly attenuating bowtie,簡稱WB)組成。當投影范圍內(nèi)(field of view,簡稱FOV)沒有檢測對象時HB使到達探測器的光子通量一致,當檢測對象被放入FOV內(nèi)時,WB取代高衰減液體中的一部分來線性地彌補檢測對象對X射線的衰減,從而使得到達探測器上的光子通量被有效平衡。在CT檢測過程中,WB隨著CT掃描同步轉(zhuǎn)動以保持線性彌補關(guān)系不變,而使探測器上的光子通量被動態(tài)地調(diào)制。本文對錐束CT動態(tài)Bowtie進行蒙特卡羅仿真和設(shè)計,在此基礎(chǔ)上分析錐束CT動態(tài)Bowtie對輻射劑量、CT重建圖像質(zhì)量、射線散射與射線硬化的影響,并進一步研究了錐束CT動態(tài)Bowtie的應(yīng)用。本文的主要研究工作包括:(1)研究錐束CT動態(tài)Bowtie的原理。以錐束CT掃描中間平面為基礎(chǔ),根據(jù)射線穿過動態(tài)Bowtie并透射均勻衰減的對象時到達探測器的光子通量一致的條件推導(dǎo)出錐束CT動態(tài)Bowtie的設(shè)計理論。(2)構(gòu)建錐束CT系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真框架�；诿商乜_仿真軟件MCNP5,搭建了一個包含有反射靶X射線源、目標試樣和錐束CT動態(tài)Bowtie的CT系統(tǒng)的仿真框架,以及選取CeCl_3溶液為HB衰減液。(3)基于蒙特卡羅仿真的錐束CT動態(tài)Bowtie設(shè)計。為了使到達探測器的光子通量平衡,設(shè)計了HB的外形,以及確定出CeCl_3溶液濃度為33.6%。蒙特卡羅仿真結(jié)果表明,當動態(tài)Bowtie作用于設(shè)計試樣時,X射線的動態(tài)范圍壓縮了1293倍,設(shè)計試樣的輻射劑量減少了76%和CT重建圖像標準差從0.086降低到0.059,當動態(tài)Bowtie作用于目標試樣時,X射線的動態(tài)范圍被壓縮了111倍和CT重建圖像的加性零均值高斯噪聲方差由0.079降低到了0.027。(4)分析錐束CT動態(tài)Bowtie對射線硬化和散射的影響。蒙特卡羅仿真結(jié)果表明,錐束CT動態(tài)Bowtie可以有效減小射線硬化影響,減少到達探測器的散射光子數(shù)。(5)對錐束CT動態(tài)Bowtie的應(yīng)用進行展望。設(shè)計了病體腹部的錐束CT動態(tài)Bowtie結(jié)構(gòu),并展望了其在圓周CT掃描和直線CT掃描中的應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.41;TN713
【部分圖文】：

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文形的截面形狀對應(yīng)，靜態(tài) Bowtie 能更多地衰減遠離中心區(qū)域的 X 射線，測器的光子通量平衡而減少病人所遭受的輻射劑量[12]，同時由于低能譜線被過濾，保留了不易產(chǎn)生射線硬化和散射的高能譜段 X 射線，從而 C像質(zhì)量能被提高[13, 14]。

2圖 1.2 靜態(tài) BowtieFig.1.2 Static Bowtie以圓周扇束掃描模式為例，整個 CT 掃描運動過程可以看成是物體相對探測器相對轉(zhuǎn)動的過程。由于人體橫截面形狀為近橢圓型，因此 X 射兩邊的衰減路徑較短，穿過人體中間的衰減路徑較長，導(dǎo)致到達探測器通量較大，而到達探測器中間的光子通量較小(圖 1.3(a))。雖然在一些owtie 使到達探測器的光子通量范圍變得狹窄(圖 1.3(b))，但是靜態(tài) Bo CT 構(gòu)架轉(zhuǎn)動過程中，隨著與病人身體截面相對位置的變化其形狀尺寸因此，在某些投影位置時，靜態(tài) Bowtie 不能有效調(diào)制 X 射線導(dǎo)致到達

(a) (b) (c)圖 1.3 靜態(tài) Bowtie 對 X 射線的調(diào)制Fig. 1.3 The modulation of X-ray by static bowtie在整個 CT 掃描過程中，一個能使到達探測器的光子通量平衡的 Bowtie 不但可以有效地減少病人所受的輻射劑量而且能更好地提高 CT 重建圖像質(zhì)量[15]。由于靜態(tài) Bowtie 的缺點，能更加有效壓縮 X 射線的動態(tài) Bowtie 被提出。在 CT 掃描過程中，隨著病人身體截面位置相對射線源位置的變化，X 射線在病人中的衰減也會發(fā)生變化，動態(tài) Bowtie 會通過動態(tài)地改變其衰減曲面來動態(tài)地調(diào)整 X 射線的衰減長度，從而協(xié)調(diào) X 射線在病人中的衰減變化。因此，在整個 CT 掃描過程中，動態(tài) Bowtie 可以使到達探測器的光子通量更加一致。一個理想的動態(tài) Bowtie 會使整個 CT 掃描過程中到達探測器的光子通量始終維持在一個常值，這樣的動態(tài) Bowtie一直是此領(lǐng)域研究者們追求的目標。1.2 課題研究意義
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2894280