三維顯微CT散射的蒙特卡羅校正方法研究

《三維顯微CT散射的蒙特卡羅校正方法研究》是依託清華大學，由王賢剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：三維顯微CT散射的蒙特卡羅校正方法研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：王賢剛
• 項目類別：面上項目

項目摘要

包覆顆粒是高溫氣冷堆球形核燃料元件安全性的第一道防線，其邊界完整性、尺寸、密度等決定著放射性裂變產物的包容能力和泄露程度。包覆顆粒無損檢測急需三維顯微CT來確定包覆層尺寸及密度，但包覆顆粒二氧化鈾核心密度高、散射嚴重，產生很強的偽像及密度誤差，且三維顯微CT難以採用硬體校正散射。本課題擬採用蒙特卡羅方法研究散射校正，首先，重點研究建立三維顯微CT的蒙特卡羅精確模型，並用標準樣品、標準實驗條件對模型進行校驗，實驗驗證蒙特卡羅方法的有效性，並研究圖像鏈的散射影響與校正代價，最佳化散射模型；其次，由於密度、幾何不特定樣品的散射也不相同，本課題擬通過疊代，研究一般體素樣品蒙特卡羅散射模型的建立，並用粗重建、高密度分割等簡化體素模型。最後，為提高校正效率，探索低樣本高斯擬合、低採樣率插值、CPU+GPU異構計算下加速計算散射信號的技術，為包覆顆粒密度、尺寸及邊界完整性檢測提供有效方法。

結題摘要

散射問題在三維錐束CT中廣泛存在，嚴重影響著CT重建的圖像質量，也是CT領域研究的重點和熱點，蒙特卡羅方法是進行三維錐束CT散射校正的一種重要手段。本研究基於蒙特卡羅的方法，對錐束CT的散射問題進行了研究，主要採用Geant4建立了三維錐束CT的蒙特卡羅模型，包括射線源、中心模體和探測器，為了提高計算速度將其中射線源部分建立了電子打靶模型進行了單獨模擬，再將模擬結果作為第二部分模擬的組成部分。利用MCNP對建模進行了比對驗證，電子轟擊鎢靶放置鋁濾片的模擬結果符合較好，鈹濾片在低能部分有較大差異，CT掃描的投影過程的模擬對比結果也符合較好。在建立的模型條件下，探究了空間角內能譜的差異，以及空氣、能譜、材料、射線源到探測器距離(SDD)、射線源到物體距離(SOD)、物體非勻質等各因素對康普頓散射和瑞利散射的影響。利用三維錐束CT的實驗樣品掃描數據進行了模型校驗和散射校正，達到了較好的散射校正效果，證明蒙卡方法套用於散射校正的可行性和有效性。同時也模擬了幾組不同條件的CT數據，利用蒙卡的模擬結果進行三維重建，將未校正和經過校正的CT切片效果進行了比對。發現低Z材料的散射校正效果較好，對於高Z材料，只經過常規濾片過濾的能譜條件，硬化效果的杯狀偽影更明顯，在加鐵片過濾的能譜條件下，硬化效果得到顯著改善，散射偽像占據主導；對於輕材料中放置高Z材料的情況，相比單質材料會造成高Z材料的CT值更嚴重地低估。最後嘗試了體素化的方法對散射進行校正，為一般不規則物體的散射校正提供了途徑。