编码孔成像算法研究

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目前,随着核辐射成像技术的快速发展,人们越来越关注核辐射成像的位置分辨率、信噪比以及能否进行实时成像。编码孔成像技术顺应了这种发展趋势,逐渐取代了传统的平行孔和针孔成像,广泛应用于核辐射成像领域。本文以此为背景,通过使用蒙特卡罗软件来模拟修正的均匀冗余阵列(Modified Uniformly Redundant Array,MURA)编码孔成像,研究不同解码算法对投影图像的重建效果,并对解码算法进行了优化,提高了重建图像的质量。本文重点介绍了编码孔成像的基本原理,并从理论角度推导了编码孔成像应用于远场和近场两种不同情况下,是否会对重建图像的质量产生不同的影响。根据编码孔的排列方式,选取了 MURA编码阵列作为模拟对象,通过Geant4软件建立MURA编码孔成像模型。设定不同位置,不同形状的γ放射源透过MURA编码孔后在探测器上得到的投影图像,采用δ解码、精细采样平衡解码、MLEM迭代以及修正的MLEM迭代算法重建目标源图像,并比较不同解码算法重建图像的质量。通过对重建点源图像和线源图像的结果分析,可知δ解码重建图像的信噪比普遍低于精细采样平衡解码。尤其是当重建图像中统计噪声过大时,这种现象更加明显。通过精细采样平衡解码算法分析了不同位置处点源重建图像的强度和位置分辨率随距离视场中心的变化情况。采用“正反双模测量法”消去了近场成像中重建图像产生的伪影。模拟了 MURA编码孔成像在远场条件下,对不同位置处点源成像,采用精细采样平衡解码算法和MLEM迭代算法对投影图像进行重建。发现在二分之一实际全视场范围之内,MLEM迭代算法重建图像的信噪比高于精细采样平衡解码算法50%左右,但是超过这个范围之后,采用MLEM迭代算法重建图像中会产生巨大的中心伪影严重影响到重建图像的质量。因此,在MLEM迭代算法中引入修正系数β来对算法本身进行优化。最终成功消去了迭代图像中产生的中心伪影,并给出了修正系数β的取值。对采用修正MLEM迭代算法重建图像的点源进行了位置修正,给出了实际全视场范围内的位置修正函数,并模拟点源的方阵分布进行了验证。结果表明:重建图像中点源位置的相对偏差由原来的5.4%-27.7%降低为0.025%-7%的范围内。最后,模拟了不同位置处多点源MURA编码孔成像,采用三种解码算法进行图像重建。其中,修正的MLEM算法能重建出多点源图像。
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