X射线光栅相位衬度成像中剂量及散射光子对成像质量的影响研究

摘要

由于传统的X射线成像技术存在着剂量较高和对轻元素成像质量不佳的缺点，自上世纪九十年代以来，以X射线的相位改变为基础的X射线相位衬度成像方法得到了广泛的关注，科学家们做了大量研究。X射线光栅相位衬度成像方法由于其可以利用常规光源的优势成为国内外相关领域的研究热点。本课题基于国家同步辐射实验的X射线相衬CT样机设计，在MCNP程序中建立了模型以研究剂量及散射光子问题，为光栅相位衬度成像CT的X射线能量和样品选择提供参考，为散射信号和吸收信号的分离提供依据。本文模拟计算了POM棒(Φ5mm、Φ10mm)样品、PMMA棒(Φ5mm、Φ10mm)样品和不同厚度的水箱在30-100keV能量范围内的单能光子及不同管电压产生的具有一定能谱的光子照射下的能量沉积，不同能量光子照射Φ5mm的POM棒样品和不同厚度水箱后探测器面上散射光子和非散射光子的总计数，并将探测器面分为多个小区域，计数每个小区域的散射光子数和非散射光子数，另外模拟了不同厚度水箱对应区域和非水箱对应区域的散射光子与非散射光子计数。结果显示:光子能量为60keV或略小时，不同样品和水箱中的能量沉积最小，X射线管在60kVp或70kVp下生成的光子过滤掉40keV能量以下的光子降低样品受照剂量，结合重建图像所需的信息量考虑，可以获得低剂量、高衬度的较好结果;样品密度、受照区域越大，所受剂量越高;散射光子计数比非散射光子计数小3-4个数量级;水箱厚度在8-12cm时，散射光子与非散射光子的比值较大;小样品分区域计数的散射光子计数没有明显的规律，非散射光子计数能明显看到样品位置，水箱分区域计数的散射光子数和非散射光子呈现出了相似的分布规律。若采用目前CT的图像重建技术和照射方案，受照剂量仍无法达到相衬CT设计的目前CT剂量的10％以下的目标，需要配合更优的新技术来达到。后续研究可采用人体的组织器官作为受照样品以深入研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 X射线相位衬度成像

1．1．1 X射线成像

1．1．2 X射线相位衬度成像

1．2 国内外研究现状

1．2．1 降低CT剂量研究现状

1．2．2 光栅相位衬度成像中的信息分离方法研究现状

1．3 研究内容及意义

第2章 计算方法及计算模型

2．1 蒙特卡洛方法

2．2 MCNP程序

2．3 计算模型

2．3．1 模型几何参数

2．3．2 材料卡

2．3．3 源项卡

2．3．4 计数卡

2．3．5 核数据库

第3章 相衬CT剂量研究

3．1．1 POM棒模拟结果

3．1．2 PMMA棒模拟结果

3．1．3 水箱剂量模拟结果

3．2 与CT的剂量比较

第4章 相衬CT散射光子研究

4．1 散射光子与非散射光子总计数

4．2 POM棒样品分区域计数结果

4．3 水箱分区域计数结果

第5章 结论

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果