基于Geant4的能谱滤波分离多谱CT成像虚拟平台设计

发布时间：2017-08-04 15:15

  本文关键词：基于Geant4的能谱滤波分离多谱CT成像虚拟平台设计

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【摘要】：工业CT系统中,传统的CT成像系统易出现硬化伪影、重建质量差等问题而无法满足材料组分区分的功能成像需求。目前基于能谱滤波分离的多谱成像技术相对于光子计数型多谱CT和双能CT,在技术成熟度及可行性方面具有一定的优势。该方法通过添加滤波片实现能谱分离成像,提高了材料组分区分度。但目前受限于滤波片厚度、材料及与材料组分匹配优度,该方法需要多次重复实验进行验证优化。因此,本文为了提高该多谱成像方法的研究效率,采用蒙特卡罗仿真技术,研究多谱衰减及多谱散射模型,进一步结合Geant4平台,设计能谱滤波分离多谱CT成像虚拟平台,进而为能谱滤波分离及能谱匹配的理论研究提供仿真验证平台。论文首先在分析CT成像与仿真的原理基础上,研究了相应的射线能谱仿真模型、散射仿真模型及多谱投影仿真模型,并基于Geant4及相关软件搭建了可定制的软件开发环境;同时,针对该虚拟平台的设计目标,研究了各仿真模型的模块化设计并将其整合成可互相调用的接口功能层,融入整体框架,实现了多谱CT成像的虚拟平台搭建,并在此基础上通过仿真实验进行了平台验证;最后,依据能谱滤波分离的实现过程建立了对应的投影仿真模型,并结合Geant4平台设计了能谱滤波分离的多谱CT成像虚拟平台。研究结果表明,对于密度相近的检测物质,该虚拟平台可以逼真地模拟能谱滤波分离的多谱CT成像系统,实现材料组分区分的功能成像,为能谱滤波分离及能谱匹配的理论研究提供了仿真验证平台。
【关键词】：X射线光学 能谱滤波分离 Geant4模拟 多谱CT成像
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及趋势11-14
• 1.2.1 多谱CT成像技术11-12
• 1.2.2 虚拟CT仿真技术12-13
• 1.2.3 蒙特卡罗（Monte Carlo，，MC）仿真13-14
• 1.3 论文的结构安排14-16
• 2 基于Geant4平台的X射线能谱仿真16-28
• 2.1 X射线源的原理及构成16-17
• 2.1.1 X射线的产生原理16
• 2.1.2 X射线与物质的作用16-17
• 2.2 Geant4简介17-20
• 2.2.1 Geant4概述及特点17-18
• 2.2.2 Geant4程序结构18-20
• 2.3 X射线能谱的仿真模型建立20-22
• 2.3.1 X射线的谱分布模型分析20-21
• 2.3.2 X射线的微分截面模型21
• 2.3.3 X射线的几何模型21-22
• 2.4 X射线谱的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 仿真实验及结果分析24-27
• 2.6 本章小结27-28
• 3 基于Geant4平台的散射模拟28-39
• 3.1 散射过程分析及其对重建图像的影响28-30
• 3.1.1 散射的物理原理28-29
• 3.1.2 散射对CT重建图像的影响29-30
• 3.2 康普顿散射模型30-32
• 3.2.1 康普顿散射微分截面30-31
• 3.2.2 散射光子能量31-32
• 3.2.3 散射光子强度分布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 仿真实验34-36
• 3.4.1 几何模型的构建34-35
• 3.4.2 仿真模体35-36
• 3.5 仿真结果分析36-38
• 3.5.1 有无散射情况下的重建图像36-37
• 3.5.2 图像对比度37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 能谱滤波分离成像的虚拟平台搭建39-59
• 4.1 多谱投影成像仿真模型39-40
• 4.2 能谱滤波分离成像的投影仿真模型40-42
• 4.2.1 能谱分离的投影仿真模型40-42
• 4.2.2 递变能量成像42
• 4.3 仿真平台的搭建42-48
• 4.3.1 仿真平台的软件实现42-43
• 4.3.2 虚拟仿真平台的总体架构43-44
• 4.3.3 各模块功能介绍44-47
• 4.3.4 仿真平台的实现47-48
• 4.4 实验结果和分析48-58
• 4.4.1 散射过程对该平台的影响48-51
• 4.4.2 多谱成像与能谱滤波分离成像的对比仿真51-53
• 4.4.3 复杂结构物质的仿真实验53-57
• 4.4.4 传统模型的能谱滤波分离成像方法与多谱CT成像虚拟平台的对比57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 总结与展望59-61
• 5.1 工作总结59
• 5.2 工作展望59-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

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本文编号：620244