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【6h】

基于Geant4蒙特卡罗平台的光子计数型多能谱CT模拟研究

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摘要

1.1研究背景及意义

1.2 CT成像技术研究现状

1.2.1能谱CT成像

1.2.2光子计数型成像技术

1.2.3计算机虚拟仿真平台

1.2.4本文的主要工作

第二章基于Geant4模拟平台的CT系统仿真

2.1 CT系统的构造及原理

2.1.2 X射线与物质作用

2.2 Geant4蒙特卡罗模拟平台的搭建

2.2.1平台搭建工具的安装

2.2.2 CT成像模拟在平台上的实现

2.2.3蒙特卡罗平台对射线光子的模拟统计

2.3多层闪烁探测器的蒙特卡罗模拟实验

2.3.1 CT系统的各部分设置

2.3.2确定探测器对能谱的截取范围

2.4模拟实验结果

2.4.1单个能量通道下多角度投影图像的实现

2.4.2基于三层闪烁探测器的多能谱CT系统模拟

2.5本章小结

第三章基于光子计数探测器的CT系统在蒙特卡罗模拟平台的实现

3.1光子计数型探测器与传统探测器的区别

3.2光子计数探测器成像模型

3.3基于光子计数探测器的蒙特卡罗模拟平台仿真

3.3.1平台对X射线散射过程的模拟

3.3.2扫描模体的设置

3.3.3光子计数探测器的设计

3.4模拟实验

3.4.1模拟实验及结果分析

3.4.2两种能谱划分方法比较

3.5本章小结

第四章基于偏微分方程的多能谱投影数据去噪研究

4.2基于PM模型的异性扩散方程

4.3对改进降噪算法的验证

4.4本章小结

5.1本文研究的主要内容

5.2本文的不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢

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摘要

当前CT成像技术研究已经从传统单能谱CT向光子计数型多能谱CT发展,针对光子计数型的多能谱CT研究已经取得一定进展,但大多停留在理论阶段,还需要大量的实验获取客观数据加以验证,但是这需要耗费大量时间及成本。为解决这些问题,需要寻求一种价格低廉且效率更高的实验手段,而通过计算机搭建模拟仿真平台成为理想的途径。本文利用Geant4和GATE数据包在计算机上搭建蒙特卡罗模拟平台,采用虚拟仿真技术研究光子计数型多能谱CT成像。
  (1)利用Geant4和GATE数据包搭建蒙特卡罗模拟平台,进而构建了三层闪烁探测器,每层探测器分别由尺寸相同的三种晶体材料组成,利用不同晶体对能谱的识别来同时获得多个能谱下的CT测量数据,并通过对比各能谱的投影和重建切片图像验证了基于多层闪烁探测器的能谱CT的可行性。
  (2)构建了以碲锌镉(CZT)为材料的光子计数探测器,模拟基于光子计数探测器的多能谱CT成像过程,并通过计算能谱的投影和重建切片图像验证了该过程的可行性,研究了能谱阈值的选择对投影图像的影响。针对窄谱CT测量数据噪声较大的问题,利用基于非线性偏微分方程(PM)降噪算法对测量数据的噪声进行抑制,得到较好的重建结果。

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