發(fā)布時間：2017-08-04 15:15

  本文關(guān)鍵詞：基于Geant4的能譜濾波分離多譜CT成像虛擬平臺設(shè)計

  更多相關(guān)文章： X射線光學 能譜濾波分離 Geant4模擬 多譜CT成像

【摘要】：工業(yè)CT系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的CT成像系統(tǒng)易出現(xiàn)硬化偽影、重建質(zhì)量差等問題而無法滿足材料組分區(qū)分的功能成像需求。目前基于能譜濾波分離的多譜成像技術(shù)相對于光子計數(shù)型多譜CT和雙能CT,在技術(shù)成熟度及可行性方面具有一定的優(yōu)勢。該方法通過添加濾波片實現(xiàn)能譜分離成像,提高了材料組分區(qū)分度。但目前受限于濾波片厚度、材料及與材料組分匹配優(yōu)度,該方法需要多次重復(fù)實驗進行驗證優(yōu)化。因此,本文為了提高該多譜成像方法的研究效率,采用蒙特卡羅仿真技術(shù),研究多譜衰減及多譜散射模型,進一步結(jié)合Geant4平臺,設(shè)計能譜濾波分離多譜CT成像虛擬平臺,進而為能譜濾波分離及能譜匹配的理論研究提供仿真驗證平臺。論文首先在分析CT成像與仿真的原理基礎(chǔ)上,研究了相應(yīng)的射線能譜仿真模型、散射仿真模型及多譜投影仿真模型,并基于Geant4及相關(guān)軟件搭建了可定制的軟件開發(fā)環(huán)境;同時,針對該虛擬平臺的設(shè)計目標,研究了各仿真模型的模塊化設(shè)計并將其整合成可互相調(diào)用的接口功能層,融入整體框架,實現(xiàn)了多譜CT成像的虛擬平臺搭建,并在此基礎(chǔ)上通過仿真實驗進行了平臺驗證;最后,依據(jù)能譜濾波分離的實現(xiàn)過程建立了對應(yīng)的投影仿真模型,并結(jié)合Geant4平臺設(shè)計了能譜濾波分離的多譜CT成像虛擬平臺。研究結(jié)果表明,對于密度相近的檢測物質(zhì),該虛擬平臺可以逼真地模擬能譜濾波分離的多譜CT成像系統(tǒng),實現(xiàn)材料組分區(qū)分的功能成像,為能譜濾波分離及能譜匹配的理論研究提供了仿真驗證平臺。
【關(guān)鍵詞】：X射線光學 能譜濾波分離 Geant4模擬 多譜CT成像
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢11-14
• 1.2.1 多譜CT成像技術(shù)11-12
• 1.2.2 虛擬CT仿真技術(shù)12-13
• 1.2.3 蒙特卡羅（Monte Carlo，，MC）仿真13-14
• 1.3 論文的結(jié)構(gòu)安排14-16
• 2 基于Geant4平臺的X射線能譜仿真16-28
• 2.1 X射線源的原理及構(gòu)成16-17
• 2.1.1 X射線的產(chǎn)生原理16
• 2.1.2 X射線與物質(zhì)的作用16-17
• 2.2 Geant4簡介17-20
• 2.2.1 Geant4概述及特點17-18
• 2.2.2 Geant4程序結(jié)構(gòu)18-20
• 2.3 X射線能譜的仿真模型建立20-22
• 2.3.1 X射線的譜分布模型分析20-21
• 2.3.2 X射線的微分截面模型21
• 2.3.3 X射線的幾何模型21-22
• 2.4 X射線譜的Geant4仿真22-24
• 2.4.1 算法基本思想22-23
• 2.4.2 算法流程23-24
• 2.5 仿真實驗及結(jié)果分析24-27
• 2.6 本章小結(jié)27-28
• 3 基于Geant4平臺的散射模擬28-39
• 3.1 散射過程分析及其對重建圖像的影響28-30
• 3.1.1 散射的物理原理28-29
• 3.1.2 散射對CT重建圖像的影響29-30
• 3.2 康普頓散射模型30-32
• 3.2.1 康普頓散射微分截面30-31
• 3.2.2 散射光子能量31-32
• 3.2.3 散射光子強度分布32
• 3.3 仿真算法32-34
• 3.3.1 算法基本思想32-33
• 3.3.2 算法流程33-34
• 3.4 仿真實驗34-36
• 3.4.1 幾何模型的構(gòu)建34-35
• 3.4.2 仿真模體35-36
• 3.5 仿真結(jié)果分析36-38
• 3.5.1 有無散射情況下的重建圖像36-37
• 3.5.2 圖像對比度37-38
• 3.6 本章小結(jié)38-39
• 4 能譜濾波分離成像的虛擬平臺搭建39-59
• 4.1 多譜投影成像仿真模型39-40
• 4.2 能譜濾波分離成像的投影仿真模型40-42
• 4.2.1 能譜分離的投影仿真模型40-42
• 4.2.2 遞變能量成像42
• 4.3 仿真平臺的搭建42-48
• 4.3.1 仿真平臺的軟件實現(xiàn)42-43
• 4.3.2 虛擬仿真平臺的總體架構(gòu)43-44
• 4.3.3 各模塊功能介紹44-47
• 4.3.4 仿真平臺的實現(xiàn)47-48
• 4.4 實驗結(jié)果和分析48-58
• 4.4.1 散射過程對該平臺的影響48-51
• 4.4.2 多譜成像與能譜濾波分離成像的對比仿真51-53
• 4.4.3 復(fù)雜結(jié)構(gòu)物質(zhì)的仿真實驗53-57
• 4.4.4 傳統(tǒng)模型的能譜濾波分離成像方法與多譜CT成像虛擬平臺的對比57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 5 總結(jié)與展望59-61
• 5.1 工作總結(jié)59
• 5.2 工作展望59-61
• 參考文獻61-66
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文66-67
• 致謝67-68

【參考文獻】

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本文編號：620244