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《高斯分布模拟x射线相干散射能量分布的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、高斯分布模拟X射线相干散射能量分布的研究的准确性.近些年,相干散射逐渐开始应用到医学上,用来分析生物物质成分的重要信息.例如Puumalainen等人计算确定的电子能量条件下,相干散射和90.角度上的康普顿散射之间的比率,来确定骨骼内的矿物质密度u】.同时,人们通过灰烬法和组织形态计量学方法证明了单纯地测定相干散射截面的方法也可以准确地测定骨骼矿物质的含量[2-31o大量的事实证明通过相干散射测定法比放射学法,光子吸收方法和定量CT更加准确地测定骨骼矿物质含量[3-4]o文献_5中证实了像骨骼和脂肪的散射截面是截然不同的.特别是羟磷石灰具有多晶体的结构特征,在健康的骨骼内和骨质疏松的骨骼内
2、截面特征是完全不一样的l6].其他的应用还有乳房组织的相干散射分析,不同的乳房组织(癌组织,纤维组织,脂肪等)的散射截面峰值出现在不同的散射角度上【71.这些应用上的研究,都充分地证明了x射线相干散射在生物物质成分分析中有着巨大地应用潜力.上述的应用研究,都假定是基于单色的x射线源光谱进行的.实际上,所谓的单色只能够是近似的单色.除了大型的加速器可以获得绝对单色的x射线光子以外,其他的单色光谱都是一定程度的近似.实际应用中,临床的x射线源绝大多数是钨靶材料的,其光谱近似于白光谱,而且没有明显的峰值.好一点的光源是钼靶材料的,其峰值很明,但是也是具有一定的谱宽分布的.因此,使用临床影像设备获
3、得的相干散射信息都是基于白光光源的,而且其照射时间受设备条件的限制小于2s,如果不采用密封的屏蔽设备,那么空间中的杂散射线会是主要的干扰源.这里,我们使用临床的x射线影像设备,对样品进行x射线相干散射成像.图像的分布理论上是围绕射线束的同心圆环.基于上面的分析,这些圆环将被虚化,空间角度上的分布将呈现出高斯分布的特征.文中使用高斯分布模拟水样品的相干散射图像,同时对基于图像分析算法的特征分布曲线上的一些问题进行模拟和说明.1x射线~llq:散射网像的特点微观上,相干散射的本质是同一种类物质原子外层电子对入射x射线的衍射.Harding在他的研究中认为,对于相干散射的研究应该归结为两类:一类
4、是在单色光源的条件下,研究相干散射线在空间中的角度分布特征;另一类是在白光光源条件下,固定某一个空间角度,分析和研究多光谱的相干散射特征.而在实际的临床条件下,唯一有效的探测手段就是x射线的放射影像技术,目前最先进的DR条件下的影像环境完全可以对物体进行有效的相干散射成像.但是,对于获得的图像由于其具有白光光源条件,而又是在空间角度上一次性成像,如何进行分析是进一步研究工作的基础.Westmore在研究中使用纯铝粉来模拟多晶,白色光源条件下的相干散射现象,发现多晶条件下相干散射光谱图像的分布不再是单色,单晶条件下的脉冲图样,而是具有一定的分布宽度的高斯分布.该高斯分布主要来自于白光光源的不
5、同波长x射线相干散射之间的"线性叠加"【9】.由此可以明确,临床影像设备获得的图像必然是基于高斯分布的具有一定分布宽度的光谱图像.图1是水样品的相干散射图像.靶材料:钨;成像探测器DR.样品与探测器之间的距离40cm,电压90kV.由于纯水样品可以看作单一物质样品,白光条件下其分布是具有一定宽度的高斯分布.在相干散射图1(a)中,其分布不易被看出来;在图1(b)中通过空间分布的能量曲线可以明显地观察到整体的分布是一个高斯分布.图1(b)中的曲线分布并不是完全的正态分布,曲线上面有严重的高频毛刺叠加.该曲线是经过处理后的曲线,在原始的分布曲线中图1fc)还存在着分布曲线随着角度的增大而呈现梯
6、度增加的现象.■(a)(b)(c)图1a.水样品的相干散射图像;b.水样品相干散射能量空间分布曲线图;c.未经过处理的相干散射能量分布曲线图.2斯分的模拟如果使用高斯分布模拟相干散射现象,可以使用这样的高斯分布函数:.一1)(1)一■(a)(b)图2(a)高斯分布模拟图;(b)水样品的相干散射图这里是平均值,6标准偏差.对于一个标准的正态分布,=0and8=1.任何其他类型的正态分布都可以看作是标准正态分布在水平方向上按照系数8的拓展,然后向右侧偏移距离.这里构建正态分布时,以图像的正中心为圆心,以象素点的平方和作为在某一个直径的圆环上的能量.如图2所示,3能量分布对比对于模拟的高斯分布和
7、实验的相干散射图像,我们都采取同样的方法来计算它们的能量分布.即假定他们的分布都是同心的圆环,模拟的图像圆环圆心已知,而对实验2011年第26卷06期VOL.26No.0611图像则需要求解近似的圆心,然后计算能量分布曲线.Er,:'(2)j=o这里v.是半径为ri的圆环上图像象素的灰度值.以圆心为起点,对不同的半径的圆环上的像素灰度求其平方和作为该圆环的能量,得到的就是空间能量分布.很显然,由于没有任何的噪声干扰,高斯
