应用于双能X射线骨密度仪数据采集与散射校正系统的研究

发布时间：2020-05-18 12:49

【摘要】：双能X射线吸收法在骨密度测量中具有高精度、低剂量等优点,广泛应用于临床骨质疏松诊断治疗中。目前临床使用的双能X射线骨密度仪仍然存在扫描速度慢等缺点。为了进一步提高扫描速度,降低患者吸收剂量,开展了双能X射线骨密度仪的数据采集系统设计研究,探讨了校正射线散射问题和实现骨密度值测量方法,主要研究工作包括:第一,调研了骨密度测量方法、骨密度值计算方法和双能X射线骨密度仪的发展状况。按照测量部位和扫描方式的不同进行了分类,总结展望了双能X射线骨密度仪的发展趋势。第二,介绍了双能X射线骨密度仪的系统构成和原理。设计了锥束DEXA数据采集系统,数据采集系统包括X射线成像和嵌入式控制两部分。在成像部分中提出了使用k边缘过滤法作为双能射线产生的方案,使用非晶硅平板探测器进行成像的设计方案。设计了二维阶梯模体,该模体包含了不同厚度的铝和有机玻璃的组合,因此提高了数据采集的效率。在嵌入式控制部分中使用Exynos4412作为控制系统微处理器,采用以太网与上位机进行通信,提出了利用FPGA芯片控制步进电机的方案。第三,对锥束射线散射校正方法进行了研究。提出了一种散射核反卷积算法,该算法首先对图像进行维纳滤波降低噪声,然后对图中每个像素点的信号进行分类,找到对应散射核函数进行反卷积运算,最后叠加所有类别的反卷积结果。为了验证了算法的有效性,使用基于蒙特卡洛方法的EGSnrc软件获得了仿真数据,将仿真数据带入算法,结果展示了对散射噪声的抑制效果。第四,对双能X射线骨密度仪中的骨密度值计算方法进行了探索。介绍了骨密度值的计算流程,首先从图像中分割出感兴趣区域,然后根据每点的灰度值找到对应骨密度值,最终计算区域内骨密度均值。为了准确地分割感兴趣区域,对比了经典的六种图像分割算法,其中Canny边缘检测算法和经过平滑的阈值分割算法效果最优。为了找到高低能灰度值与骨密度关系,利用二维阶梯模体进行了两组实验,分别得到模体的高低能投影图和准确骨密度值,然后使用二次多项式曲面拟合找到两者之间的关系,经过验证平均误差在5%以内,证明该方法可行。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH774

【参考文献】

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本文编号：2669740