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

作     者：廖燕 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈志

授予年度：2018年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：X射线光栅相衬成像 蒙特卡洛方法 MCNP 剂量 散射光子 非散射光子 

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、Φ1Omm)样品、PMMA棒(Φ5mm、Φ1Omm)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。