工业CT图像的探测器串扰伪影研究

论文摘要

工业CT技术是一种非常重要的无损检测手段。在人们对工业CT技术进行深入研究和广泛使用的过程中,发现了许多有待解决和需进一步深入探讨的问题。其中,对CT图像中因探测器串扰而产生的伪影进行分析研究就是热点之一。研究探测器串扰的大小和影响它的因素,以及串扰伪影对CT图像的影响,从而找到消除或减轻串扰产生的图像伪影的方法具有十分重要的工程应用价值。本文主要的研究工作包括三个方面的内容。根据工业辐射探测器的工作机理和结构特点,把探测器串扰分为一致的串扰、模块边缘串扰,并利用蒙特卡洛方法对这两种串扰进行了模拟仿真;分析了这两种串扰对CT图像的影响;分析了常见的抑制串扰的三种方法,并模拟实现了其中的两种方法。利用EGSnrc软件仿真得到了80keV~650keV的低能X射线能谱,为本文的仿真实验提供了射线源输入文件;根据300BXR低能X射线CT系统的探测器结构,编写了探测器模块程序,为本文的仿真实验提供了探测器模块的输入文件。建立了上述两种串扰的仿真模型,并重建出相应的CT图像。模拟仿真结果表明:探测器串扰不仅会降低CT图像的空间分辨率,而且会导致CT图像上出现大量的环状或者是条状伪影。从入射X光子能量、准直器距探测器的距离、照射面积、被检测物体的厚度等方面分别进行了仿真分析,得到了影响串扰的几个重要因素和影响程度的关系,为探测器的设计和串扰的校正提供了依据。最后介绍了抑制串扰的三种方法。第一,添加隔离层减小串扰;第二,测得串扰系数,并据此系数校正串扰;第三,从图像上来去除因串扰产生的伪影,分析对比了三种方法的优缺点,并模拟实现了前两种方法对串扰伪影的校正。校正后的图像空间分布率提高,串扰伪影明显减少。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 工业CT 系统的组成及工作原理
• 1.1.2 工业CT 图像质量的性能指标
• 1.1.3 工业CT 常见伪影特征及其成因
• 1.1.4 课题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要内容
• 2 探测器串扰的理论分析
• 2.1 工业CT 系统探测器的结构及工作原理
• 2.1.1 探测器系统的结构
• 2.1.2 探测器系统的工作原理及性能指标
• 2.2 X 射线与物质的相互作用
• 2.3 探测器串扰产生的原因
• 2.4 工业CT 图像重建过程
• 2.5 探测器串扰的数学模型
• 2.6 本章小结
• 3 工业 CT 系统的蒙特卡洛仿真
• 3.1 蒙特卡洛方法介绍
• 3.1.1 蒙特卡洛方法的基本原理及思想
• 3.1.2 蒙特卡洛方法的步骤
• 3.1.3 蒙特卡洛方法的优缺点
• 3.1.4 工业CT 仿真常用的蒙特卡洛方法
• 3.2 EGSnrc 软件的介绍
• 3.2.1 EGSnrc 软件包的基本结构和特点
• 3.2.2 EGSnrc 程序运行流程
• 3.2.3 EGSnrc 程序中涉及的粒子模拟过程
• 3.3 工业CT 系统的蒙特卡洛仿真
• 3.3.1 射线源的仿真
• 3.3.2 探测器系统的仿真
• 3.3.3 EGSnrc 程序的加速策略
• 3.4 本章小结
• 4 探测器串扰伪影特征及其影响因素的仿真
• 4.1 EGSnrc 程序仿真探测器串扰
• 4.1.1 仿真的具体流程
• 4.1.2 一致串扰的仿真
• 4.1.3 模块边缘通道串扰的仿真
• 4.2 探测器串扰对图像的影响
• 4.3 蒙特卡洛模拟影响串扰的因素
• 4.4 串扰的抑制方法
• 4.4.1 添加隔离层减小串扰的方法
• 4.4.2 减去测得的串扰系数减小串扰的方法
• 4.4.3 在图像的角度上去除串扰伪影的方法
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 后续研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录