Исследования свойств гексагональных кодирующих коллиматоров для однофотонной эмиссионной томографии
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Реферат
Цель работы: Численно исследовать аппаратные функции кодирующих коллиматоров, построенных на базе псевдослучайных последовательностей, расширенных псевдослучайных последовательностей, троичных последовательностей, расширенных троичных последовательностей. Оптимизировать скорость расчета аппаратных функций гексагональных кодирующих коллиматоров. Исследовать полученные аппаратные функции, выбрать критерии отбора гексагональных кодирующих коллиматоров для различных целей. Оптимизировать итерационный алгоритм, позволяющий проводить восстановление пространственного распределения источников излучения.
Положения, выносимые на защиту: 1) Получена база данных характеристик глубинных аппаратных функций и сфокусированных изображений тестовых пространственных распределений источников излучения, позволяет осуществлять быстрый отбор кодирующих коллиматоров по раличным критериям. 2) Реализовано 2 итерационных алгоритма, позволяющие восстанавливать пространственное распределение источников излучения. 3) Проведено сравнение гексагональных кодирующих коллиматоров, построенных на основе псевдослучайных последовательностей, и построенных на основе троичных последовательностей.
В работе были проведены исследования более 250 кодирующих коллиматоров, работающих по различным схемам измерений. Для них были рассчитаны глубинные аппаратные функции и получены сфокусированные изображения тестовых пространственных распределений источников излучения. Полученные данные были сведены в общую базу данных, позволяющую проводить выбор кодирующих коллиматоров по различным критериям.
Глава 1. Введение в интегрально-кодовые системы измерений
В 1968 году Диком [1] была предложена идея использования кодирующих коллиматоров. Первоначально камера-обскура заменяется на большое количество пинхолов, расположенных случайным образом. Рисунок 1 дает простое представление об этой концепции. Каждый источник излучающего объекта вносит свой вклад в изображение. Последующая обработка позволяет получить восстановленное изображение, которое похоже на первоначальный объект.
Рис. 1 - Концепция использования кодирующих коллиматоров
Первоначальной целью было получить систему, которая поддерживает высокое угловое разрешение одиночного пинхола, но получаемое изображение имеет отношение сигнала к шуму (ОСШ), которое соизмеримо с общей открытой площадью апертуры. Метод, как правило, применяется для рентгеновского изображения, так как большинство источников рентгеновского излучения настолько слабы, что размер одной камеры-обскуры должен быть очень велик для того, чтобы получить разумное ОСШ. Большое отверстие исключает возможность получить хорошее угловое разрешение.
Если в коллиматоре N пинхолов, то изображение состоит из N перекрытых изображений объекта. Использование кодирующего коллиматора (для точечного источника), может улучшить ОСШ примерно в по сравнению с камерой-обскура. Так как N может достигать 100000, то идея улучшить ОСШ выполнима [1]. Кроме того, была поставлена и решена задача оптимизации среднего пропускания кодирующих коллиматоров в зависимости от квантовой статистики полезного сигнала и некодируемого фона [2].
Второй главной целью было проводить томографию, как было предложено Барретом [3]. Точки объекта на разных расстояниях от апертуры будут оставлять тень от апертуры всевозможных размеров на изображении. Можно получить послойные сфокусированные изображения трёхмерного источника излучения. Это свойство кодирующих коллиматоров в частности очень полезно в медицине, но также используется и в промышленности.
Полученное изображение нельзя раiенивать как исследуемый объект, потому что из-за большого числа пинхолов изображение состоит из множества накладывающихся друг на друга картин. Для того чтобы полученное изображение было пригодным для использования, необходимо провести процедуру реконструкции.
Интегрально-кодовые системы измерений (ИКСИ) ионизирующих излучений нашли применение в рентгеновской и гамма-астрономии [4], спектрометрии нейтронов по времени пролета [5, 6], радиационной интроскопии [2, 7], радиационной безопасности [8, 9], рентгеновской диагностике и других областях.
Дальнейшее развитие ИКСИ связано с использованием кодирующих коллиматоров для томографической реконструкции трехмерных пространственных распределений радионуклидов без вращения массивной детектирующей системы вокруг объекта исследования. При этом большое значение имеют фокусирующие свойства кодирующих коллиматоров [10].
Среди кодирующих устройств особого внимания заслуживают двумерные многопинхольные кодирующие коллиматоры [11], применение которых в ИКСИ дает возможность получать не только планарное двумерное, но и восстанавливать трехмерное распределение радионуклидов в объектах [12].
Двумерные многопинхольные кодирующие коллиматоры строятся на основе двумерных кодовых таблиц (ДКТ). ДКТ чаще всего строятся на основе одномерных двоичных псевдослучайных последовательностей (ПСП) [13] из нулей и единиц. Также ДКТ могут строиться на основе троичных последовательностей (ТП) [14], состоящих из +1, 0 и -1.
Выполненные исследования показали, что успешное практическое решение таких задач как планирование радиационно-физического эксперимента [15] и планарная эмиссионная томография [12] во многом ограничено очень небольшим набором существующих псевдослучайных посл?/p>