仿真X射线谱及双能峰模型研究

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。

目录

文摘

英文文摘

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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