【摘要】：醫(yī)學(xué)CT以非侵入的方式獲得人體內(nèi)部組織斷層影像,對疾病的早期預(yù)防和無創(chuàng)診療發(fā)揮了重要作用。能譜CT采用兩種及以上的能譜對同一物質(zhì)進行掃描投影,結(jié)合雙能重建算法可以獲得被掃描物質(zhì)的原子序數(shù)及電子密度,相對于傳統(tǒng)CT可以實現(xiàn)更加精確的物質(zhì)分離和定性。目前,應(yīng)用于臨床的能譜CT系統(tǒng)都是通過預(yù)先設(shè)定有效能量段的方式進行掃描投影。針對于不同種類的待測物體,單一固定的能量段組合限制了CT成像的動態(tài)范圍。本文針對于雙能CT成像的投影數(shù)據(jù)需求,提出了一種Edge-on型可分層的X射線能譜探測器像素結(jié)構(gòu),利用能量積分的方式實現(xiàn)X射線能譜的分段探測,并借鑒電荷耦合器件信號傳輸方式實現(xiàn)光生電荷高效轉(zhuǎn)移讀出;基于上述探測器像素的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),提出了一種能譜分段探測及重構(gòu)解析的方法,通過積分不同位置及深度的半導(dǎo)體內(nèi)光生電荷并重構(gòu)解析方程,可以獲得不同能量段組合的投影信息;針對于探測器像素中存在的“高能拖尾”現(xiàn)象,本文提出了一種能譜校正技術(shù),可以近似估算并且移除由于高能段光子在半導(dǎo)體探測器淺層位置吸收時產(chǎn)生的冗余電荷,提高兩個能譜之間的分離度。本文通過數(shù)值仿真實驗驗證了Edge-on型探測器像素結(jié)構(gòu)及能譜重構(gòu)解析-校正方法的有效性。首先利用半導(dǎo)體器件仿真工具對像素建模并模擬了X射線探測及光生電荷轉(zhuǎn)移過程;然后利用解析后的動態(tài)雙能能譜對自定義的體模進行了圖像重建。結(jié)果表明:利用不同深度的層內(nèi)產(chǎn)生的光生電荷信息,該探測器可以在一次X射線曝光的情況下獲得多個能量段的X射線衰減信息;對于動態(tài)雙能組合,能譜校正方法的平均誤差為7.31%,該方法可以被用來近似估計高能段光子在淺層半導(dǎo)體中激發(fā)的光生電荷量;在不同的能量組合下,體模圖像重建質(zhì)量存在差異,可重構(gòu)調(diào)整的能量窗口不僅降低了病人輻射劑量,豐富了投影數(shù)據(jù),而且可以針對不同的物體選擇最優(yōu)化的能譜段進行圖像重建,提升了CT成像系統(tǒng)的動態(tài)范圍及精度。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O434.1;R312
【圖文】：

圖 2-1 連續(xù)能譜 X 射線產(chǎn)生原理X 射線衰減規(guī)律醫(yī)用 X 射線能量范圍內(nèi)，X 射線與物質(zhì)的相互作用主要有以下三、康普頓散射效應(yīng)及相干散射（電子對效應(yīng)只會發(fā)生于光子能V 的情況）[40]。通常，光電效應(yīng)主要發(fā)生于入射光子能量較低且物小的情況下。在光電吸收過程中，入射光子與核外電子發(fā)生非彈消失其全部能量都被用于激發(fā)出一個電子。內(nèi)殼層生成的空穴將會充并產(chǎn)生平均自由程極小的特征 X 射線光子�？灯疹D散射是一種通常發(fā)生于光子能量大于電子結(jié)合能的情況。光子與原子發(fā)生相分能量用于激發(fā)出一個電子，光子仍然存在但是波長發(fā)生變化，散般還具有較高能量，將會向 0o-180o 的任意角度偏轉(zhuǎn)。相干散射也，這種相互作用不發(fā)生電離，沒有光子能量與電子動量之間的相用 X 射線的探測沒有貢獻。

圖 2-2 單色 X 射線穿過不同線性衰減系數(shù)的物質(zhì)其中 ln / 定義為投影，透射型成像中投影指的是射線掃描時通過所有體素衰減系數(shù)的累加和[2]。如果已知 d， ， ，則物體的線性衰減系數(shù)總和可以通過式(2-6)獲得。CT 成像的最終目的是利用線性衰減系數(shù)總和獲得每個體素各自的線性衰減系數(shù)，即圖像重建。基于射線投影信息的圖像重建算法主要分為兩大類：一類是以 Radon 變換為基礎(chǔ)的解析類重建算法，另一類是以解方程為主要思想的迭代類重建算法[1]。圖像重建并非本文的研究重點，在此簡單介紹一種目前應(yīng)用較廣泛的基于Rradon變換的濾波反投影（Filtered Back Projection, FBP）重建思想[43]。Fourier 變換及其逆運算是一對共軛運算，圖像函數(shù) f(x,y)可以通過它的Fourier 變換 F(u,v)作逆變換得到：j2π(ux+vy)- -f(x, y) = F(u, v) dudv e∞ ∞∞ ∞(2-7)將 Cartesian 坐標系(u,v)轉(zhuǎn)換到 Polar 坐標系(ω,θ)得：

電荷轉(zhuǎn)移原理（a）光生電荷轉(zhuǎn)移-收集時序（b）光生電荷轉(zhuǎn)移示意圖

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 方輝;;誤差、相對誤差和引用誤差的不確定度辨析[J];工業(yè)計量;2006年03期

本文編號：2763062