新型平板X射线源的射束特性模拟及成像体模研制

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自伦琴发现X射线以来,X射线已被广泛应用于安全检查,医学成像,疾病治疗等领域。作为X射线仪器的核心部件,X射线管质量性能的优劣决定着仪器的性能。传统X射线管采用热阴极生成电子,由于热阴极自身的固有特性,热阴极x射线管具有体积重量大,功耗高,调制时间长等缺点。冷阴极x射线管根据场致发射效应产生自由电子,极大的克服了热阴极X射线管的缺点,因此在高分辨率成像,动态X射线摄影,仪器小型化等方面有着很好的应用前景。冷阴极X射线源在常温下即可发射电子且可实现多个电子源紧密放置,以此为基础,本课题研究的平板X射线源是在一个器件内集成可寻址的冷阴极X射线源阵列的新型X射线源,其阴极采用ZnO纳米线为材料根据场致发射原理产生电子,再经电场加速后轰击透射式阳极靶产生X射线。与传统X射线源控制单一焦点产生光子的方法不同,平板X射线源内含有众多电子源且每一个电子源都可以独立工作,能够实现指定区域出光。作为一种新的器件,目前平板X射线源仍处于研究开发阶段,要想将其实现需要解决的问题有很多,为此我们采用基于蒙特卡罗方法的EGSnrc/BEAMnrc仿真模拟软件对平板X射线源的光束特性进行研究,期望为平板X射线源的制备提供理论支持。计算中,我们假设每个电子源发射器具有相同的特性,探测器采集到的总的射束信息为每个电子源的累加,然后我们将模拟计算出的能谱与实际测量的能谱进行了比较,验证了本文提出方法的有效性。此外,本研究还分析了不同的玻璃厚度、钨靶厚度和阳极电压等参数对平板X射线源射线束质量的影响,并以曝光量、半价层和平均能量作为射线束质量的三个重要参数对不同钨膜厚度下的射束进行了定量分析,实验分析出在不同阳极电压下阳极钨膜的最理想厚度。在成像仿真体模制备方面,我们的研究目标是设计和制作出一个既在形态学方面又在物理学方面与真实人体相似的脑出血仿真体模,并希望将其应用于新系统的评估校正及成像算法的研究。为此我们以真实人体的脑部CT图像为参考,采用模具制作的方法,以聚氯乙烯和增塑剂混合液为材料高度模仿人体头部组织的结构和CT值,最后通过螺旋CT扫描的方式对制作出的仿真体模进行了质量验证。结果表明,通过本文提出的方案制作出的脑出血仿真体模在大小,结构和组织CT方面均与真实人体高度相似,且出血点的设计更符合成像研究,可将其应用于平板X射线源系统的评估校正及成像算法的研究。
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