能谱CT在铁质文物定量分析中的应用

铁器的制造和使用标志着人类文明进入了新的历史时期,对铁质文物的研究可以帮助研究者更深入地了解古代社会。随着科技的发展,越来越多的新技术被应用到铁质文物的研究领域。具有能量分辨能力的能谱CT作为一种新兴的CT技术,在对铁质文物的研究中有着广阔的应用前景。本文将能谱CT应用于铁质文物样品的定量分析中,使用物质分解算法估计出铁质文物样品中基物质的组成比例。本文使用了两件铁质文物样品进行实验,实验结果说明,能谱CT在铁质文物样品的定量分析中具有很高的应用价值。

基于CT数据的二次曲面拟合算法研究

二次曲面工件在工业中比较常见,为测量物体内部的二次曲面,本文采用工业计算机断层成像(CT)技术获取物体的断层图像序列,利用U-net图像分割网络获得断层图像上的目标区域,对分割结果的边缘进行检测和曲线拟合并堆叠成三维点集,通过曲面拟合获取物体曲面的三维空间坐标信息。研究结果表明,本文的方法能够有效地实现边界提取和界面参数的拟合工作,拟合误差在1%以内,相比传统方法有较大改进。

化石专用CT的诞生、应用和发展

古生物化石是解开生命起源与进化谜题的重要研究资料,化石专用CT可以对多种古生物化石内部结构进行无损、高分辨率的全方位“体检”,突破了化石标本传统研究手段的局限性,使古生物学家能够无创解剖化石,精确复原化石的三维形态。化石专用CT为脊椎动物早期演化史上若干重大问题的突破性进展提供了关键的技术支撑,已成为研究古生物化石不可或缺的高科技手段。本文主要介绍化石专用CT的诞生、应用成果,以及后续新技术的发展。

基于不完备投影数据重建的四种迭代算法比较研究

在发射成像和穿透成像过程中,由于各种原因会造成投影数据不完备,若仍采用传统解析方法重建出的图像会产生伪影,而迭代算法则可以很好地改善图像质量。本文应用不同的迭代算法分别就真实标准线对测试卡的稀疏投影数据和有限角度投影数据进行重建,定量分析比较它们各自的优缺点,为几种迭代算法的工程或临床应用提供重要参考。

基于SART算法的CL硬化伪影校正方法研究

X射线薄板层析成像(CL)系统是一种针对板状构件的新型断层成像系统,该系统中存在射束硬化现象。本工作研究了一种基于SART算法的硬化伪影校正算法(SART-BHC算法),通过对该算法的研究及对CL系统矩阵的计算,使该方法能应用于CL中。通过模拟与实验相结合的方式,利用蒙特卡罗方法获得CL投影的模拟数据,在实际CL中获得实验数据,然后利用SART-BHC与FPB算法对两种数据分别重建。结果表明,SART-BHC算法可应用于CL中,不需要任何先验知识,能很好地校正硬化伪影,并对层间混叠有抑制作用。

北京慢正电子强束流性能研究

采用电子束流以及脉冲慢正电子束流对系统进行了调试,对束流系统的性能参数进行了测定和研究。实验结果表明,系统对于模拟电子的传输效率高于98%,电子束斑直径小于5mm。在目前加速器短脉冲的运行模式下,脉冲慢正电子束流的强度达到了105/s以上,IP成像板束流沉积形貌直径小于15mm,脉冲慢正电子束流微分能谱半高宽(FWHM)约为10eV;;在高于3×10?Pa的超高真空中,慢正电子在直流化管道内7存贮40ms后,束流强度减弱到原来的50%。系统各项性能运行参数达到了设计要求。

古生物CT装置的研制及应用（英文）

古生物化石研究传统的磨片法耗时,且具有破坏性,研究者不可能对珍贵的化石标本进行这样的操作,因此研究只能停留在化石的外表面。而古生物CT装置的出现使研究者可以对化石内部结构进行无损检测,得到上千层化石的图像数据。主要论述国内首套古生物CT装置的研制及典型应用,其中225-3D-μCT显微CT系统具有三维成像能力,最高分辨率达5μm,可以检测直径100mm,高度100mm尺度的化石;450-TY-ICT通用型CT可对大尺寸化石高信噪比成像,检测范围是直径800mm,高度1000mm,分辨率达200μm。这两台古生物CT以高成像性能满足了研究者对不同尺度化石的不同检测需求,成为中国古生物化石研究中非常重要的技术手段。

乳腺专用CT技术的新发展

乳腺癌是全球女性发病率第一位的恶性肿瘤,严重影响着女性患者的身心健康。X射线钼靶成像是当前检查乳腺疾病的"金标准",但其只能以二维透视图像显示乳腺的三维结构,病灶的相互叠加影响了疾病的检出率,且检查时需要挤压女性乳房,影响被检者的舒适性。乳腺专用CT技术仅针对乳腺结构进行断层扫描,在控制辐射剂量和保证舒适性的同时,具有三维准确立体定位的优点。基于光子计数探测器的X射线多能CT技术能够展现更为丰富的X射线衰减特性,提供更多有利于判别物质特性的信息,在剂量效率和软组织表征等方面具有明显优势。因此,乳腺专用低剂量多能CT有望成为早期乳腺癌诊断的一种新的工具。

锥形束显微CT技术在颞骨成像中的应用及发展

颞骨及其内部中、内耳结构细小复杂,各种颞骨疾病如先天性中耳畸形或中耳炎症等都可能导致不同程度的听力损失,认识颞骨内结构的精细解剖是疾病诊疗的第一步。显微计算机断层成像技术是一种新兴影像技术,分辨率达微米量级,可得到颞骨活体或标本的中、内耳结构,较目前临床CT观察到更加精细的中、内耳结构以及复杂的毗邻关系,尤其为认识中耳生理、病理传声机制提供帮助。

脉冲慢正电子束流的检测

本工作设计了一种通过测量脉冲慢正电子湮没辐射在闪烁探测器的积分效应进行测量和标定脉冲正电子束流强度的方法。通过对探测器的刻度,定量测量了北京慢正电子强束流项目中慢正电子束流的流强和能谱发布,为脉冲正电子束流的直流化设计提供了依据。

高分辨锥束CT并行重建算法在基于NVDIA GPU显卡计算平台上的实现

目的:探讨高分辨率锥束显微CT断层重建中引入并行计算的必要性及其加速效果。方法:在具有并行计算功能的GPU显卡(NVIDIA QUADRO K5000显卡,显存4G)中为投影图像和重建体数据分配显存空间,每一个像素分配一个线程进行投影图像的各种校正和滤波,再给每个体素分配一线程进行反投影重建,在显存中实现全部断层重建。程序使用C++面向对象方法实现,内核函数用CUDA实现。结果:重建体数据大小是2 048×2 048×128,每个体素用32位浮点数记录,实验采集1 800张投影,每张投影图像大小为2 048×1 536,重建时间小于9 min,是图像采集时间的1/3,是基于CPU重建耗时的2%。将GPU并行重建得到的图像和CPU单线程重建图像结果进行对比,数据结果一致,满足实验设计的要求。结论:并行计算引入高分辨锥束CT重建可大大提高重建速度,并且能实现采集与重建同步进行。

X射线成像图像质量影响因素的试验

研究了在工业X射线成像领域,放大倍数、管电压、管电流、曝光时间等参数与图像质量的相关性,探讨了图像质量最优时成像参数的选取。试验结果表明:在不考虑有效剂量的前提下,采用高放大倍数、低管电压、大电流,可以获得更好的图像质量。

单晶高温合金X射线衍射斑点自动识别算法研究

单晶高温合金展现出优越的抗疲劳性能和高温蠕变性能,广泛应用于航空发动机和燃气轮机的热端部件。但是,其制备过程中会产生晶体取向偏离、杂晶等缺陷。目前国际上已经普遍使用X射线劳埃衍射技术对单晶叶片的晶体缺陷进行无损检测,但是这种检测方法主要依赖人工识别,效率低,结果可重复性差,不适合批量化检测。本文结合工程需要,提出对劳埃衍射斑点进行自动识别的算法,主要包括衍射图样的预处理、轮廓检测、轮廓形态筛选及轮廓符合检测等。该算法能够自动检测出衍射图样上的衍射斑点,并最终给出斑点的位置坐标数据及其误差。根据衍射斑点的位置,通过衍射分析算法,计算出单晶叶片上的晶体取向,并最终对叶片的晶体缺陷给出综合评价。

钨合金的X射线屏蔽性能模拟分析与实验验证

钨合金在X射线屏蔽方面,相比常用的铅防护,具有无毒、无污染、强度高、加工工艺性能好等诸多优点。为了解钨合金与铅的射线屏蔽性能优劣,及一定射线能量时,所需的钨合金屏蔽厚度,本文首先采用蒙特卡罗方法对钨镍铁合金及铅的X射线防护性能进行了计算,然后通过实验方法进行了钨合金屏蔽效果的测量,实验结果与模拟计算的结论一致,证明了最高能量为100 keV的连续能谱X射线入射时,钨镍铁合金相比铅材质所具有的优秀防护能力,并通过计算和实验给出了100 keV的X射线防护在一定距离处所需的钨镍铁合金厚度。

高分辨率X射线探测器读出电子学系统的研制及性能测试

本文针对光锥耦合X射线探测器低噪声的设计要求,研制了一套读出电子学系统,该系统包括模拟驱动电路、前端处理电路及基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字信号处理电路。利用X射线成像平台,对研发的探测器进行了性能测试。探测器系统绝对增益为0.168 6DN/e-,线性工作范围为0-154μGy。制冷温度为-20℃时,暗电流噪声为0.037e-/（pixel·s）,读出噪声为10.9e-。探测器的本征空间分辨率达16lp/mm。测试结果表明,研制的读出电子学系统能满足高分辨率X射线探测器对低噪声特性的需求。

乳腺专用CT中管电压和滤片的优化研究

在乳腺专用CT(DBCT)系统中,图像质量和人体所受辐射剂量是倍受关注的两个重要因素。本文采用蒙特卡罗模拟方法研究球管电压和滤片对图像质量和剂量的影响,并引入与图像分辨率、噪声、辐射剂量相关的剂量效率η,综合评估辐射剂量和图像质量的关系。研究结果表明:选择合理的管电压值能够获得较好的剂量效率,并且通过优化滤片的形状可以在保证图像质量的同时降低人体所受剂量,为乳腺专用CT的临床应用提供重要参考。

CL系统扫描长方体构件的投影计算机仿真

X射线投影计算机仿真可以排除实际X射线断层扫描过程中的随机因素,更好地验证扫描方式、图像重建方法等的正确性,为实际系统的实现、完善以及重建算法的改进等提供理论依据。本文基于一种典型的计算机分层成像(CL)系统,针对电子线路板大多为长方体薄板的事实,研究了长方体构件的投影仿真计算方法;设计了仿真芯片模体,对其进行投影计算机仿真;并与系统实验结果对比,得到了较为满意的结果。该方法为后续改进图像重建算法、分析误差来源、校正伪影等研究提供了良好的基础。

锥束微焦点CT系统对比度灵敏度测量研究

对比度灵敏度是描述计算机断层成像(CT)系统分辨图像细节特征能力的参数,其主要受图像统计噪声水平的影响。本文介绍了CT对比度灵敏度的测量方法,并用直径50mm的均匀有机玻璃圆柱作样品测量225kV-3D-ICT系统的对比度灵敏度,在X光机电压为160kV的条件下,得出在0.3mm×0.3mm×0.3mm范围内的对比度灵敏度约为1%。并讨论了系统的稳定性、硬化校正和重建滤波参数对测量结果的影响。

血管液态金属造影成像金属伪影校正算法研究

X射线显微CT可用于研究解剖学血管网络的可视化问题。为了突出显示血管,可向血管中注入液体金属造影剂。但是由于液体金属造影剂具有较高的线性衰减系数,会在重建图像上产生放射状的金属伪影,造成血管边界不准确。为了解决这一问题,基于骨硬化校正方法,提出了新算法。实验结果表明该方法能减轻离体猪肾血管造影成像的金属伪影,提高成像质量。

CL迭代重建算法的GPU实现

计算机层析成像技术(Computer Laminography,CL)主要用于大尺寸、低厚度板状物体的无损检测。迭代重建算法虽然适用于CL这种角度受限的扫描方式,但是却非常耗时。本文研究了CL系统SART迭代重建算法的GPU加速方法。介绍了基于线驱动的投影,和基于线驱动及体素驱动的反投影的GPU加速方法,实验结果表明,采用GPU加速可以达到254倍的加速比。