摘 要

计算机断层扫描成像技术(Computerized Tomography，CT)能够在无损状态下获得被检测物体内部结构特征情况，广泛应用于医学、工业等领域。双能量CT技术相比传统的CT技术，进一步获得了被检测物体密度相关信息，提高了系统的物质分辨能力，在医疗诊断、安全检查等领域发挥了重要作用。

本次毕业设计以双能量CT扫描图像为基础，设计一种基于双能量CT扫描的物质测量分析软件。按照不同材料、不同密度的物质对不同能级的X射线衰减程度不同的特点，选用两种不同能量的X射线对同一物体进行扫描成像，获得两组CT扫描图像。依据X射线成像基本原理，推导了双能量条件下的电子密度和有效原子序数的计算过程，确定了测量计算方案，并设计了测量系统的标定方案。最后基于Visual Studio开发环境，运用C#语言，将双能量CT测量分析方法进行了编程实现。

最终软件能自动读取双能量CT扫描图像，完成电子密度和有效原子序数的分析计算，以图形化方式直观展示了CT扫描图像和物质分析结果，达到了预期的设计目标。

关键词：双能量CT，物质检测，电子密度，有效原子序数

ABSTRACT

Computer tomography computerized tomography (CT) can in non-destructive condition obtained by detecting the internal structure features of the object, is widely used in medical, industrial and other fields. Dual energy CT technology compared to conventional CT technology. In order to get the detected object density related information, improve the system resolution, played an important role in medical diagnosis, security checks, etc.

The graduation design with dual energy CT scanning image based, design a substance measurement based on dual energy CT scan analysis software. According to different materials, material of different densities of different level X-ray attenuation characteristics of different degrees, two sets of CT scanning images are acquired by using dual energy X-ray, get. According to the basic principle of X-ray imaging is a dual energy under the condition of electron density and effective atomic number calculation process to determine the scheme of test, and the design of the measurement system calibration method. Finally, based on the visual studio development environment, using C# Language, the dual energy CT measurement analysis method is programmed to achieve.

Final software can automatically read the dual energy CT scan image, the complete analysis of the electron density and the effective atomic number calculation, in a graphical way intuitively shows the CT scan images and material analysis results, achieved the desired design goals.

Keywords: Dual energy CT, substance detection, electron density, effective atomic number

目 录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论 1

1.1双能量CT成像技术 1

1.2双能量CT技术在物质测量中的应用 1

1.3本次设计的主要内容 2

第二章 双能量CT计算方案设计 3

2.1概述 3

2.1.1双能量CT测量原理 3

2.1.2双能量CT测量流程 4

2.2双能量CT重建方法 4

2.3电子密度计算过程推导 6

2.4原子序数计算过程推导 7

2.4本章小结 9

第三章 双能量CT标定方案设计 10

3.1概述 10

3.2标定实验设计 11

3.3实验结果分析 11

3.4本章小结 12

第四章 软件系统设计与开发 13

4.1开发环境介绍 13

4.1.1 C#简介 13

4.1.2 Visual Studio2015集成开发环境简介 13

4.2软件系统的总体设计 13

4.2.1 软件系统的设计要求 13

4.2.2 软件系统工作流程分析 14

4.2.3 软件功能模块组成 15

4.3主要功能模块设计 16

4.3.1 CT图像文件读取模块设计 16

4.3.2 电子密度和有效原子序数计算模块设计 19

4.3.3图像生成及显示模块设计 19

4.3.4标定计算模块设计 21

4.4软件运行示例 22

4.4.1启动界面 22

4.4.2新建分析项目界面 22

4.4.3分析结果显示界面 23

4.4.4分析结果输出界面 23

4.4.5标定界面 24

4.5本章小结 25

第五章 总结 26

5.1工作内容总结 26

5.2功能展望 27

参考文献 28

致谢 29

第一章 绪论

1.1双能量CT成像技术

近年来双能量CT技术发展迅猛，打破了以往的很多技术上的障碍。目前双能量CT扫描已有多种技术可以实现，最初期只有双源CT可以实现双能量CT成像。这些双能量CT技术有以下这些：在不同能量状态下进行两次连续扫描的单源CT系统、配备了两套球管探测器的双源CT系统、能在高低能量管电压下快速进行切换的单源CT系统以及配备有能量解析探测器的单源CT系统^[1]。

传统的双能量CT系统采用X光机产生的宽能谱X射线，硬化效应较为严重，结果的精度会受到很大影响。随着技术的发展，X射线的特性得到了不断的改善，为医学和工业的研究领域带来了新的发展。同时利用同步辐射光技术具有的强穿透、高强度、高分辨等特点，可以对生物组织进行显微成像，这也大幅度地提高了图像的质量。日本学者Tsunoo和Torikoshi等在Spring-8同步辐射装置开展过双能量CT成像的实验，并研究了Spring-8在医学CT领域的临床应用。经过实验研究，可以将同步辐射进行双能量CT成像获取电子密度的误差控制在2％以内。同时FADilmanian等学者在美国的NSLS医学线站上也开展了类似的研究。我国在2009年也建造了第三代同步辐射光源上海光源并向用户开放，这为生物医学成像提供了良好的实验平台^[2]。