基于EGSnrc程序的锥形束CT模拟仿真研究

合集下载

锥束X射线CT投影的蒙特卡罗仿真

第４２卷第４期２００８年４月西安交通大学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸ１７ＡＮＪＩＡＯＴｏＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶ０１．４２№４Ａｐｒ．２００８锥束Ｘ射线ＣＴ投影的蒙特卡罗仿真闫浩，牟轩沁，罗涛，汤少杰（西安交通大学图像处理与模式识别研究所，７１００４９，西安）摘要：提出了一种锥束Ｘ射线ＣＴ（计算机断层扫描）投影的蒙特卡罗计算方法，对Ｘ光子逐次抽样并以随机步长跟踪，将探测器区域内的沉积能量转化为投影信号，使用蒙特卡罗计算工具ＥＧＳｎｒｃ执行后台批处理计算，得到符合成像物理学的仿真投影．经过合理加速和参数优化，计算量较通用默认设置降低了２个数量级．对生成的锥束投影进行重建，结果显示出预期的射束硬化和散射伪影．该方法易于进行二次开发，贴近真实设备，是锥束Ｘ射线ＣＴ原型机散射校正的基础．将仿真投影与真实的物理设备测量数据进行比较，平均误差为１．１８％．关键词：蒙特卡罗仿真；锥束投影；计算机断层扫描中图分类号：ＴＰ３９１．４；Ｒ８１１．１文献标识码：Ａ文章编号：０２５３—９８７Ｘ（２００８）０４－０４１４一０４ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｅ－ＢｅａｍＸ－ＲｈｙＣｏｍｐｕｔｅｒＴｏｍｏｇｒａｐｈｙＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＹＡＮＨａｏ，ＭＯＵＸｕａｎｑｉｎ，ＬＵＯＴａｏ，ＴＡＮＧＳｈａｏｊｉｅ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＰａｔｔｅｒｎＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｎｅ－ｂｅａｍＸ－ｒａｙｃｏｍｐｕｔｅｒｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（Ｘ－ＣＴ）ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｘ－ｒａｙｐｈｏｔｏｎｓａｒｅｓａｍｐｌｅｄｉｎｓｅｒｉｅｓａｎｄｔｒａｃｅｄｗｉｔｈｒａｎｄｏｍｄｉｓｃｒｅｔｅｓｔｅｐｓ．Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｄｅｐｏｓｉｔｅｄｅｎｅｒｇｙｉｎｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｚｏｎｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｉｍａｇｉｎｇｐｈｙｓｉｃｓａｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｔｏｏｌｋｉｔＥＧＳｎｒｃ，ｗｈｉｃｈｉｓｂａｔｃｈ－ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｆｏｒｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｎｃｏｎｔｒａｓｔｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｄｅｆａｕｌｔｓｅｔｔｉｎｇｓ，ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｌｅａｄｔｏａｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｉｍｅａｒｏｕｎｄｉ００ｔｉｍｅｓ．Ａｓｅｘｐｅｃｔｅｄ，ｂｅａｍ－ｈａｒｄｅｎｉｎｇａｎｄｓｃａｔｔｅｒｉｎｇａｒｔｉｆａｃｔｓａｒｅｒｅｖｅａｌｅｄｉｎｔｈｅｉｍａｇｅｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇａｎｄｃａｎｂｅｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｉｎｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｕｐｏｎｃｏｎｅ－ｂｅａｍＸ－ＣＴｐｒｏｔｏｔｙｐｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄａｔａｍｅａｓｕｒｅｄｆｒｏｍｒｅａｌｍａｃｈｉｎｅｓ，ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉＳｖａｌｉｄａｔｅｄｗｉｔｈ１．１８％ｅｒｒｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｅ－ｂｅａｍｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｕｔｅｒｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ在锥束Ｘ射线ＣＴ研究中，开发符合物理实际的投影仿真系统非常必要．在投影计算方法中，解析投影计算［１－２］将Ｘ射线等同于数学意义上的直线，无法反映Ｘ光子物理层面上的粒子波动性，而蒙特卡罗（ＭＣ）投影计算以大数定律为基础，可以有效弥补解析投影计算的不足［３］．本文构建了锥束Ｘ射线ＣＴ的系统框架，使用Ｍａｔｌａｂ生成各视角输入文件，ＤＯＳ后台调用蒙特卡罗计算工具ＥＧＳｎｒｃ完成投影计算．与同行的工作相比，本文的研究扩大了系统的通用性啪，同时也解决了软件版权限制‘５１的问题，是开发锥束原型机和散射校正算法的基础．１蒙特卡罗方法和ＥＧＳｎｒｃ工具包蒙特卡罗方法又称随机抽样技巧或统计实验方收稿日期：２００７－０８—０７．作者简介：闫浩（１９８０一），男，博士生；牟轩沁（联系人），男，教授，博士生导师．基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０５５１００３，６０４７２００４），教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目（ＮＣＥＴ－０５－０８２８）．万方数据第４期囝浩，等：锥束ｘ射线ＣＴ投影的蒙特卡罗仿真４１５法，以概率统计理论为基础，能够逼真地描述事物的特点及物理实验过程，可以部分代替物理实验［６］．在医学物理方面，主要应用于剂量计算和辐射防护模拟．ＥＧＳｌｌｒｃ是用于模拟光子和电子在物质中的传输行为的蒙特卡罗计算工具包［７］，ＥＧＳｎｒｃ模拟的能量范围从ｌｋｅＶ到几百ＧｅＶ，其模拟能力已为众多不同研究领域的研究人员接受和证实［８］．ＥＧＳｎｒｃ具有多平台移植、源代码开放以及免费的优点，本文使用了ＥＧＳｎｒｃ的Ｃ＋＋界面Ｅｇｓ＋＋．２锥束Ｘ射线ＣＴ投影系统的构建２．１锥束ｘ射线ＣＴ投影系统的结构和参数锥束Ｘ射线投影系统采用源点和平板探测器固定，模体运动的模式，通过坐标系变换，等同于商用ＣＴ机球管旋转的扫描效果，如图１所示．物体在Ｘｏｙ平面内的转动和Ｚ轴方向的平动等效为Ｘ射线源点轨迹，可以是圆、螺旋线、标准马鞍线或其他解析曲线描述的运动模式．ＵＤＶ为平板探测器所在平面的二维局部坐标平面；Ｄ为探测器所在平面原点；ｓ为Ｘ光源发点；Ｃ为物体中心图１锥束Ｘ射线ＣＴ投影系统结构投影系统的组成和参数如下：探测器屏幕的物质成分为ＣｓＩ、Ｇｄ２０２Ｓ等闪烁物或气体探测器；光谱为单能谱（Ｘ射线源能量为１０－－－１５０ｋｅＶ）或者多能谱（Ｘ射线源管电压为７０，８０，…，１４０ｋⅥ９］）；系统光子数为１０８～１０１０，由探测单元数调整；其他参数默认设置见表ｌ，均具有一定的可选范围．２．２模体的构造Ｅｇｓ＋＋界面版本将基本几何构造从层扩展到圆柱、立方体、球体、椎等，新版本Ｖ４一ｒ２．２．５增加了椭圆柱．针对实际原型机上使用的Ｐｈａｎ５００模体，设计的数字Ｐｈａｎ５００模体如图２所示．模体分Ａ、Ｂ、Ｃ３个部分，分别用于考查空间分辨率、信噪表１锥束Ｘ射线ＣＴ成像系统结构参数Ｘ焦点近焦／远焦尺寸／ｒａｍＸ源点轨迹抽样率源到中心距离／ｒｏａｎ中心到探测器距离／ｍｍ探测器行／７１数探测器行１７，．Ｉ单元尺寸／ｍｍ比和一致性、密度分辨率．组织成分确定参照文献Ｄｏ］的方法，结合ＥＧＳｎｒｃ中物质断面成分软件ＰＥＧＳＤａｔａ生成所需的ｐｅｇｓ输入文件．在密度分辨率的模体中，本底物质的ＣＴ值为５０Ｈｕ，ＣＴ值为４５Ｈｕ、５５ｔＩｕ和６０Ｈｕ的软组织圆柱体对应生物体中的脑质、硬膜外血肿和眼球组织，用来评价算法的抗噪性．设计骨物质圆柱是为观察因射束硬化和散射造成的杯形和条纹伪影，以便进一步评价散射校正算法．飘蘸（ａ）立体空间示意图∥］．．ｆ一１２２．０．１硬镪硬礅丝域ａ０．１４（ｃ）一致性模体截面（ｄ）空间分辨率模体截面图２数字Ｐｈａｎ５００模体（长度单位：ｍｍ）２．３ＥＧＳｌｌＦＣ模拟计算中的加速策略蒙特卡罗计算时间与光子总数、模体复杂度、不确定性（精度要求）等多种因素相关．在锥束Ｘ射线ＣＴ投影的蒙特卡罗计算中，信噪比要求较高，而且需要多个视角的投影，如果使用常规设置进行计算，需要大量时间，本节将研究计算中的加速策略．（１）通过光子截止能夕。

基于异构多GPU的锥束CT图像重建研究_丛鹏

第４７卷第１１期原子能科学技术Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１１　２０１３年１１月Ａｔｏｍｉｃ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏｖ．２０１３基于异构多ＧＰＵ的锥束ＣＴ图像重建研究丛　鹏，王秉欣（清华大学核能与新能源技术研究院，北京　１０００８４）摘要：针对锥束ＣＴ图像重建系统中ＧＰＵ型号不一致问题，提出了基于异构多ＧＰＵ的重建模型。

该模型基于ＦＤＫ算法进行重建，采用了按计算能力进行任务分配的方法，确保各ＧＰＵ计算平衡。

采用数据流分解的方法，实现了海量数据的图像重建。

给出了该重建模型基于ＣＵＤＡ的实现方法，包括采用流管理和异步函数来实现多ＧＰＵ并行计算以及滤波和反投影核函数的流程设计。

利用高精度工业ＣＴ系统进行模型的实验验证。

结果表明：所建立的重建模型正确有效，能充分发挥系统中异构多ＧＰＵ的计算能力，执行效率高。

关键词：异构多ＧＰＵ；锥束ＣＴ；图像重建中图分类号：ＴＬ８１１文献标志码：Ａ文章编号：１０００－６９３１（２０１３）１１－２１６１－０５收稿日期：２０１２－０７－０８；修回日期：２０１２－１１－１１作者简介：丛　鹏（１９７６—），男，吉林省吉林市人，副研究员，博士，核技术及应用专业ｄｏｉ：１０．７５３８／ｙｚｋ．２０１３．４７．１１．２１６１Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｃｏｎｅ－ｂｅａｍ　Ｃｏｍｐｕｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ　ＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＢａｓｅｄ　ｏｎ　Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　Ｍｕｌｔｉ－ＧＰＵＣＯＮＧ　Ｐｅｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｂｉｎｇ－ｘｉｎ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｎｕｃｌｅａｒ　ａｎｄ　Ｎｅｗ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｗｉｔｈ　ｒｅｓｐｅｃｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｕｌｔｉ－ＧＰＵ　ｔｙｐｅｓ　ｉｎ　ｃｏｎｅ－ｂｅａｍ　ＣＴ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａ　ｍｏｄｅｌ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｍｕｌｔｉ－ＧＰＵｓ．Ｕｓｉｎｇ　ＦＤＫ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ａｌｌｏｃａｔｅｄ　ｔａｓｋｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ＧＰＵ，ｅｎｓｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂａｌａｎｃｅ　ａｍｏｎｇ　ＧＰＵｓ．Ｍａｓｓｉｖｅ　ｄａｔａｉｍａｇｅ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｂｙ　ｄａｔａ　ｆｌｏｗ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＵＤＡ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｍｕｌｔｉ－ＧＰＵｓ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇｕｓｉｎｇ　ｄａｔａ　ｆｌｏｗ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｋｅｒｎｅｌｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｂａｃｋ－ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｗａｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｉｎ－ｄｕｓｔｒｉａｌ　ＣＴ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ｔａｋｉｎｇ　ｆｕｌｌ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｍｕｌｔｉ－ＧＰＵｓ，ａｎｄ　ｉｓ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙ　ｅｆｆｅｃ－ｔｉｖｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｍｕｌｔｉ－ＧＰＵ；ｃｏｎｅ－ｂｅａｍ　ＣＴ；ｉｍａｇｅ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ工业锥束ＣＴ系统的图像重建规模日益增大。

锥束CT混合检测样本建模与投影仿真

来自Ｄｅ．２０ｃ０７
锥束ＣＴ混合检测样本建模与投影仿真
黄魁东，张定华，毛海鹏
（西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安７０７）１０２摘要：根据锥束ＣＴ仿真原理，计了仿真系统的功能结构和数据模型，出并实现了混合检测样本的建模方设提
法和装配技术，在此基础上研究了射线与混合检测样本求交的一般算法，并给出了一个验证实例。实验结果表明，该锥束ｃＴ仿真系统具备对多零件、多材质、多类型的混合检测样本进行投影仿真的能力，以满足面向复杂可
第２４卷第１２期２００７年１月２
计算机应用研究
ＡｐｌａｉｎＲｅｅｒｈｏｍｐｔｒｐｉｔｏｓａｃｆＣｏｕｅｓｃ
维普资讯Ｖｏ．４．１１２Ｎｏ２
，
Ｘ ’ ｎ７０７Ｃｉａｉａ１０２，ｈｎ）
Ａｂｓｒｃ：Ａｃｏｄｉｏｔｉｕａｉｎｐｒｎｉｌｆｃｎｂａｃｍｐｅｏｇａｈｔａｔｃｒｎｇｔｈｅｓｍｌｔｏｉｃｐｅｏｏｅ— ｅｍｏｕｔｄｔｍｏｒｐｙ，ｄｉｎｄｔｕｃｉｎａｃｉｅｔｅａｄｅｓｇｅｈｅｆｎｔｏｒｈｔｃｕｒｎｄｔｄｌｏｈｉｕａｉｎｓｓｅａａｍｏｅｆｔｅｓｍｌｔｏｙｔｍ．Ｔｈｄｅｉｅｍｏｌｍｅｔｏｎｓｅｌｅｈｎｑｕｆｃｍｐｏｎｅｓｉｈｎｏｒｏｈｔｎｇｈｄａｄａｓｍｂｙｔｃｉｅｏｏｕｄｔｔｎｇｐａｔｍｓｗｅｅｂｒｕｇ

锥束三维CT仿真系统的设计和实现

锥束三维CT仿真系统的设计和实现摘要：锥束三维CT成像系统是通过面阵探测器锥束扫描成像，不仅能迅速扫描被检测物体，而且所创建三维图像分辨率也比较高。

本研究的锥束三维CT仿真系统对真实CT工作流程进行了完整模拟，系统各模块所涉算法对GPU加速计算功能进行了充分利用，在很大程度上提升了仿真系统运行效率，同时也提升了系统可交互运算速度，具有较高的仿真程度，安全性能良好，且便于应用。

关键词：仿真系统；锥束三维CT；设计；系统架构计算机层析成像（英文简称CT）是现阶段较为先进的一种无损检测技术，该技术具有检测精度高、图像质量优质等特征，与二维CT成像系统相比，锥束三维CT成像系统是通过面阵探测器锥束扫描成像，不仅能迅速扫描被检测物体，而且所创建三维图像分辨率也比较高[1]。

但锥束CT检测成像成本较高，且设备损耗较大，对检测成像操作人员也提出较高的技能要求。

因此，锥束三维CT仿真系统的设计与开发对CT专业科研极具重要意义。

1.锥束三维CT成像原理与仿真方式所有物体都可通过无线投影表示，CT呈现就是基于常规射线成像法，借助X射线对样本透射的投影图像，通过滤波反射影法、统计法等数学方法实现图像重建，实现样本断层图像信息的恢复[1]。

1.锥束三维CT仿真系统的设计2.1设计目标锥束三维CT仿真系统是CT监测成像仿真软件，主要设计目标在于，对真实系统工作流程进行如实模拟，同时对真实系统实施误差校正。

为模拟三维CT系统实际工作流程，锥束三维CT仿真系统采用了三维重建算法、设备控制仿真、体绘制算法以及数据采集仿真，通过设定扫描惨死于，模拟控制CT设备，采用正投影算法对探测器数据采集进行模拟，由此获取三维CT重建投影数据[2]。

通过三维重建三维算法，根据投影数据对被测物体进行重建，再借助体绘制技术显示重建结果，由此获得被测物体三维图像。

通常来说，真实设备有机械误差的情况，如果不校正机械误差，往往很难获得高质量三维CT图像，此时需要扫描、重建以及显示标准模型，对比仿真系统所得CT图像与真实系统所得CT图像，由此可将真实系统机械误差评估出来。

基于蒙特卡罗法的三源锥束CT散射分析

第21卷第1期 CT理论与应用研究 Vol.21, No.1 2012年3月（1-9） CT Theory and Applications Mar., 2012阳振宇, 吕杨, 赵俊. 基于蒙特卡罗法的三源锥束CT散射分析[J]. CT理论与应用研究, 2012, 21(1): 1-9.Yang ZY, Lv Y, Zhao J. Analysis of scattering in triple-source cone-beam CT based on Monte Carlo method[J]. CT Theory and Applications, 2012, 21(1): 1-9.基于蒙特卡罗法的三源锥束CT散射分析阳振宇，吕杨，赵俊（上海交通大学生物医学工程系，上海200240）摘要：在医用X-CT中，散射现象对重建图像的质量有重要的影响。

多源锥束CT是医用CT的一种发展趋势，可成倍提高时间分辨率。

但与单源CT相比，多源CT额外的光源会导致散射现象的加重，因此在实际应用中需要着重考虑这一问题。

本文在开源工具EGSnrc的基础上，开发了一套基于蒙特卡罗法的CT仿真软件SimProj，用该软件获得了贴近实际的三源锥束CT投影数据。

重建图像显示出了预期的散射伪影，结果分析对优化三源CT的设计和制造有重要的指导意义。

关键词：蒙特卡罗；X线；三源锥束CT；散射；EGSnrc文章编号：1004-4140（2012）01-0001-09 中图分类号：TP391.9 文献标识码：AX射线在穿透物质的过程中与原子作用产生散射X光子[1]，它们被探测器接收后会导致投影数据偏离真实值，这将在重建图像中造成伪影[2]从而降低图像质量。

散射问题在使用大角度锥形X光束和平板探测器的现代CT设备中尤为突出，一直是研究热点[3－5]。

近年来，多源锥束CT在理论和应用上得到迅速发展：西门子公司在2005年推出了双源CT，其大部分性能超越了单源CT[6]；赵俊等[7]提出的三源锥束CT精确重建算法，为三源CT的研制提供了理论依据。

锥形束乳腺CT剂量模拟计算的验证

锥形束乳腺CT剂量模拟计算的验证屈艳;刘耀庭【摘要】本文描述了用标准头部剂量体模测量锥形束乳腺CT的腺体剂量与用蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法模拟计算锥形束乳腺CT的腺体剂量的一致性.这将有助于锥形束乳腺CT的乳腺腺体剂量的评估.【期刊名称】《中国医疗器械信息》【年(卷),期】2017(023)003【总页数】4页(P56-59)【关键词】蒙特卡罗;归一化腺体剂量;锥形束乳腺CT【作者】屈艳;刘耀庭【作者单位】辽宁省医疗器械检验检测院沈阳 110179;辽宁省医疗器械检验检测院沈阳 110179【正文语种】中文【中图分类】R814.42锥形束乳腺CT作为乳腺癌的筛查和诊断手段，因为他的三维立体成像特征，对病灶能更精准地定位，已经开始临床应用。

所以乳腺CT辐射剂量的评估也尤为重要。

正如乳腺摄影设备一样，实际测量腺体剂量是不可能实现的，只有通过计算机模拟的方法，就是很多文章介绍的蒙特卡罗编码方法。

只有用一定厚度的PMMA模体来模拟压缩的乳房，测量模体表面的入射空气比释动能，和一系列相关系数来进行计算腺体平均剂量。

乳腺CT的腺体剂量同样需要进行此类方法的模拟计算。

2.1 蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法模拟采用蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法模拟计算锥形束乳腺CT的辐射剂量的方法在一些文献中都有介绍。

蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法，是通过对X射线光子在乳腺中传输的模拟，来计算不同高度、直径和乳腺密度的归一化腺体剂量（DgN）值。

在估算乳腺X射线摄影设备的乳腺腺体剂量时，蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法已经被成功地用于计算归一化腺体剂量系数，蒙特卡罗计算采用乳腺CT文献[3]中描述的方法。

模拟时，乳腺体模为指定直径和高度的半椭圆体（直径14cm，高10.5cm），腺体比例在乳腺内依照给定的比率随机分布。

皮肤厚度假定为1.45 mm。

在计算每次扫描时应用了足够多的光子（l×109）。

基于体素模型的锥束CT仿真投影快速计算

基于体素模型的锥束CT仿真投影快速计算
梅创社
【期刊名称】《陕西工业职业技术学院学报》
【年(卷),期】2013(008)001
【摘要】在锥束CT图像重建算法研究中,通常利用计算机仿真方法生成理想的投影数据.针对体素模型下投影仿真速度慢的问题,提出了一种快速仿真投影计算方法.采用一种高效的射线与体素的遍历和求交算法来计算三维射线穿过体素的索引及长度,然后使用Intel处理器的单指令多数据(SIMD)技术,一次性加载四个体素数据,利用SSE技术实现了仿真投影的快速并行计算.实验结果表明文中提出的方法非常有效,在生成准确仿真投影数据的同时取得了3～5倍的加速比.
【总页数】5页(P1-4,21)
【作者】梅创社
【作者单位】陕西工业职业技术学院人事处,陕西咸阳712000
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于正侧位锥束CT投影快速构建脊椎三维模型 [J], 王蕴衡;张红军;闫士举
2.基于体素模型的锥束CT仿真投影快速计算 [J], 梅创社;张顺利
3.基于Shepp-Logan头模型的锥束CT仿真投影快速计算 [J], 张顺利;张定华;李小林;刘敏娜
4.基于像素模型的CT仿真投影快速计算 [J], 张顺利;张定华;程云勇;张小波
5.锥束CT仿真投影快速计算 [J], 朱妮
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

锥束CT重建算法的实现及校正研究的开题报告

锥束CT重建算法的实现及校正研究的开题报告一、选题背景随着医学成像技术的不断发展，锥束CT（Cone-beam computed tomography）成为了一种重要的成像技术。

该技术采用锥形束的成像模式，将透过被测体的X射线信号转化为一个三维的图像。

在医疗领域，锥束CT被广泛应用于临床诊断、手术规划和治疗等方面。

然而，由于成像过程中存在多种误差，如重建算法误差、系统噪声、姿态偏差等因素，影响了成像图像的质量和精度。

因此，开展锥束CT重建算法的实现及校正研究，可以进一步提高锥束CT成像质量和准确度，为临床诊断和治疗提供更为可靠的基础。

二、研究目的及内容本课题的研究目的是探索锥束CT重建算法的实现及校正方法，通过对成像误差进行分析和校正，提高成像质量和准确度。

具体内容如下：1. 分析锥束CT成像过程中的误差来源，如重建算法误差、系统噪声、姿态偏差等因素。

2. 探究不同的锥束CT重建算法，并进行实现、优化和比较。

3. 设计合理的校正方案并进行实验研究，对成像误差进行校正。

4. 利用实验数据对比和评价不同重建算法的效果和优缺点，为成像质量和准确度提供基础支持。

三、研究方法本课题的研究方法主要包括文献研究、理论推导、算法实现和实验验证，具体内容如下：1. 阅读相关文献，深入研究锥束CT成像的原理和重建算法.2. 执行数学理论推导，如误差分析、影响因素分析等.3. 实现不同的锥束CT重建算法，如过滤后投影重建法（Feldkamp 算法）、可变极长算法等，并进行优化.4. 设计和实现校正方案，对成像误差进行校正.5. 进行实验验证和数据分析，对比和评价不同重建算法的效果和优缺点.四、预期成果及意义研究结束后，预计取得以下成果：1. 实现了不同的锥束CT重建算法，并对其进行了比较和评价。

2. 设计可靠的锥束CT成像误差校正方案，并进行了实验验证。

3. 得到了具有一定参考价值的实验数据，并对不同重建算法的效果和优缺点进行无偏的评价和分析。