仿真X射线谱及双能峰模型研究

论文摘要

计算机断层成像技术(Computerized Tomography，简称为CT)是目前先进的无损检测手段之一。CT技术诞生于二十世纪七十年代，目前已广泛应用于工业、医疗、材料、国防等领域。通常CT图像会出现硬化伪影现象，如何进行硬化校正是当前CT研究的热点与难点。通常CT图像重建所用的算法(如主流的滤波反投影算法、迭代重建算法等)都是基于X射线单能的假设(即X射线由具有相同能量的光子构成)。而实际工业CT的X光机所产生的X射线是多能的(即X射线由不同能量的光子构成)。对于多能X射线投影数据，用基于单能假设的重建算法重建图像，将导致CT图像出现硬化伪影。其中X射线的射线谱对校正CT图像的硬化伪影有着重要的作用。本文建立了仿真X光管的模型并研究若干因素对于X射线谱的影响。其中利用仿真软件GEANT4[3]仿真X光管，包括X光管的真空管、滤波片、阴极丝、阳极靶等等。分析了靶的材料及厚度、滤波片的材料及厚度、管电压和管电流对X射线谱的影响。在此基础上，设计了新结构的仿真X光管靶，从而得到射线强度较为集中的窄谱X射线，并给出窄谱X射线的应用例子。本文还结合X射线谱，研究了X射线扫描楔形模体的射束硬化曲线，分析了双能峰模型的适用条件和范围，在双能峰模型的适用范围内，对单材质物质的CT图像进行硬化校正，取得了较好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 本文的研究的背景及意义
• 1.2 本文的主要工作
• 1.3 本文的结构安排
• 第2章 X射线 CT成像的有关基础
• 2.1 X射线 CT成像的物理基础
• 2.1.1 X射线的产生
• 2.1.2 X射线与物质的相互作用
• 2.1.3 X射线的探测
• 2.2 X射线 CT成像的数学基础
• 2.2.1 CT问题
• 2.2.2 Radon变换及滤波反投影算法
• 2.2.3 伪影的产生
• 2.3 计算机仿真方法
• 2.3.1 Monte Carlo方法
• 2.3.2 GEANT4仿真软件
• 第3章 仿真 X射线谱的初步研究
• 3.1 X光管的仿真
• 3.2 仿真 X光管的若干因素对 X射线谱的影响
• 3.2.1 靶的材料及厚度对射线谱的影响
• 3.2.2 滤波片种类及厚度对射线谱的影响
• 3.2.3 管电压对射线谱的影响
• 3.2.4 管电流对射线谱的影响
• 3.3 窄谱 X射线的产生
• 3.4 窄谱 X射线的应用
• 3.5 小结
• 第4章 双能峰模型及硬化校正
• 4.1 理论模型
• 4.2 双能峰模型的适用条件分析
• 4.3 硬化校正
• 4.4 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢