基于GATE平台的双能CT成像系统模拟设计

发布时间：2017-06-03 11:17

  本文关键词：基于GATE平台的双能CT成像系统模拟设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：双能CT计算机断层成像系统(computed tomography,以下简称CT)是一种双能量计算机断层成像扫描装置,与常规CT相比,它具有较高的成像精度和质量,和较好的软组织对比度以及较低的X射线剂量,同时,该种扫描成像方式减少了因被扫描物体的运动而带来的伪影以及因射束硬化而导致的伪影。基于以上优点,它被广泛应用于生物医学工程领域和临床治疗及诊断中,在血管造影、骨钙化以及心脏疾病诊断等方面具有非常重要的作用。 本课题来源于国家自然科学基金项目“多能彩色CT关键技术研究”。本文工作主要是基于一款蒙特卡洛仿真软件GATE平台,模拟设计了双能CT成像系统,分析了模拟数据结果。 本文系统的分析了双能CT成像系统的扫描方式及成像原理,在Linux系统下搭建了GATE仿真平台；基于该平台设计了双层CT成像系统和双源CT成像系统这两种不同扫描方式的成像系统；在设计探测器过程中分析了晶体选择、反应深度、能量沉积以及探测效率等探测器物理性能,确定了探测器模拟参数。同时,还模拟了不同电压下X射线源模型和不同材料组成的模体模型,且在64G内存的计算机工作站上完成了整个双能成像系统,成功地再现了双能CT成像系统的物理过程。 论文基于Matlab软件进行了模拟数据结果的对比分析,其中包括不同电压下X射线能谱图的绘制、强度图、投影图的实现及分析。在数据处理过程中,分析了双能CT成像系统扫描钙溶液、碘溶液、钡溶液与软组织的不同对比度以及物质K边缘效应。该模拟研究对多能CT成像系统模型的设计研发提供理论数据。也为今后进一步提高重建图像质量、减少图像伪影的研究奠定了坚实的基础。
【关键词】：双能CT成像系统设计 GATE平台搭建 蒙特卡洛模拟方法 物质对比度 K边缘效应
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R814.42;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.1.1 研究背景10-12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 本文研究内容13-15
• 第2章 CT成像基本原理15-31
• 2.1 CT的基本结构15-21
• 2.1.1 CT扫描方式15-19
• 2.1.2 X-CT的硬件基础19-21
• 2.2 X-CT的物理机制21-27
• 2.2.1 X射线物质作用的机制22-24
• 2.2.2 X射线在介质中的吸收24-26
• 2.2.3 双能CT的成像机制26-27
• 2.3 CT数据的预处理27-30
• 2.3.1 线积分的测量和数据调理27-29
• 2.3.2 采集几何和正弦图29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 双能CT成像系统的模拟设计31-58
• 3.1 GATE介绍31-33
• 3.2 GATE模拟的平台搭建33-38
• 3.2.1 系统要求33
• 3.2.2 平台搭建工具介绍33-34
• 3.2.3 平台构建软件包的获取及选择34-35
• 3.2.4 平台搭建35-38
• 3.3 GATE平台的构架38-44
• 3.3.1 模块功能38-43
• 3.3.2 CT模拟加速方法43-44
• 3.4 基于GATE的模拟程序设计44-57
• 3.4.1 放射源分析设置44-46
• 3.4.2 模体分析设置46-47
• 3.4.3 双层CT探测器的设计模拟47-55
• 3.4.4 双源CT探测器的设计模拟55-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第4章 模拟数据结果的对比分析58-70
• 4.1 双能CT探测器模拟数据的灰度分布及能谱分析58-61
• 4.1.1 双层CT成像系统的灰度及能谱分布结果对比58-59
• 4.1.2 双源CT成像系统的灰度及能谱分布结果对比59-61
• 4.2 模拟投影数据分析61-66
• 4.2.1 投影图实现61-63
• 4.2.2 Sinogram图的实现63-66
• 4.3 探测器的输出稳定性分析66-67
• 4.4 CT加速方法的结果对比及分析67-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第5章 总结与展望70-72
• 5.1 结论70-71
• 5.2 工作展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 简历77

【参考文献】

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  本文关键词：基于GATE平台的双能CT成像系统模拟设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：418019