锥束CT散射校正方法研究

摘要

与其它无损检测方法相比，层析成像技术(Computed Tomography，CT)有着显著的优势，它可以从不同角度获取 X射线扫描物体的断层投影，并重建出的图像能准确分辨出物体的结构信息，因而广泛应用在工业、医疗等领域。
　　至今，CT的扫描方式已从最初的笔形波束扇形波束发展到今天的锥束。平板探测器锥束CT（锥束CT，CBCT）具有高空间分辨率和更高的辐射利用率的优点， CBCT逐渐被应用到医疗成像和非破坏性检测类工业领域。但由于康普顿散射效应，当X射线穿透物体时会产生散射光子并被平板探测器接收，使得重建出的图像出现严重的伪影，影响重建图像的质量。因此，锥束CT射线散射校正研究是目前锥束CT研究的热点问题之一。本论文研究内容如下：
　　(1)分析了康普顿散射伪影的产生机理，通过物理推导得出散射分布特征。运用物理计算、蒙特卡罗方法模拟以及实际实验等手段，初步验证了散射的一些物理特征以及散射和被测物物理属性之间的关系，了解了国内外常见的散射校正方法，为后续的硬软件散射校正方法研究奠定了基础。
　　(2)通过对国内外CT散射校正方法的研究，本文在散射校正方法的研究中选用了五种方案，运用MCNP对散射校正效果进行了深入模拟，并通过实际实验验证方案在现实条件下的可行性。第三章方案一对于450kev的中能X射线CT系统散射校正效果较好，大部分散射量被滤除，但是对于200kev以下的低能锥束CT系统，基于过滤片的散射校正方案却难以适用；方案二和方案三是基于条形挡板和扇形挡板的散射校正方案，但由于边缘伪影的引入使得CT重建图像的质量受到严重影响，因而校正方案有待改进；方案四由于操作步骤简单，对于低能锥束CT散射校正还是比较实用，但在实际运用时，应在铅柱校正板规格和校正板新引入的散射量之间做出合理的取舍才能达到较理想的效果，且射束能量过高时则由于初始射线穿透挡板的原因达不到散射校正效果；方案五则没有射线源能量的限制，实际运用范围较广。
　　(3)将锥束CT散射分解为交变散射和基础散射，采用硬软件相结合的散射校正方法可以滤除交变散射，根据散射特性的两个事实，通过数学公式预估基本散射模型，在被测物体较厚时进一步滤除基本散射分量，实际运用时，对于低能锥束CT检测较薄的被测物体，BSA和BAG都比较适用；对于较厚的被测物体，由于散射量较大，可在上述散射校正的基础上，进一步选择合适的校正系数，并运用基础散射预估模型滤除散射量，以期达到更好的校正效果。

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1 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 X射线与物质的相互作用

1.3成像系统扫描方式的发展

1.4 CT系统成像物理原理

1.5 CT系统成像数学原理

1.6论文的研究内容及结构安排

2 散射伪影的成因分析及常用方法

2.1产生机理及特点

2.2常用的散射校正方法

2.3本章小结

3 散射校正研究

3.1基于过滤片的散射校正

3.2基于条状校正板的散射校正

3.3基于扇形校正板的散射校正

3.4基于点状校正板的散射校正（BSA）

3.5基于滤波板加金属小球阵列的散射校正方法（BAG）

3.6本章小结

4 散射分解及基础散射的抑制与图像增强

4.1基础散射的理论估计

4.2基础散射校正实验

4.3图像增强

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2后续工作展望

致谢

参考文献