Μεθοδοι Προσομοιωσης Κι Ανακατασκευης Εικονας Στη Ψηφιακη Τομοσυνθεση

Abstract

Η Ψηφιακή Τομοσύνθεση αποτελεί μία πολλά υποσχόμενη μέθοδο απεικόνισης με ακτινοβολία Χ, η οποία έχει επανέλθει στο προσκήνιο της επιστημονικής έρευνας μετά την εμφάνιση των επίπεδων ψηφιακών ανιχνευτών τη δεκαετία του 1990. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας, είναι η περιγραφή μεθόδων προσομοίωσης κι ανακατασκευής εικόνας στην Ψηφιακή Τομοσύνθεση. Η εργασία αποτελείται από θεωρητικό και πειραματικό μέρος.Αρχικά, πραγματοποιείται μια εισαγωγή στις ακτίνες Χ, με αναφορά στις ιδιότητές τους, την παραγωγή και την αλληλεπίδρασή τους με την ύλη. Στη συνέχεια, ακολουθεί η περιγραφή της εξέλιξης της τεχνολογίας της Ψηφιακής Τομοσύνθεσης, από την εφεύρεσή της μέχρι και σήμερα και τα επιστημονικά πεδία εφαρμογής της. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις μεθόδους ανακατασκευής εικόνας για τη περίπτωση της Ψηφιακής Τομοσύνθεσης. Για την καλύτερη κατανόηση της διαδικασίας ανακατασκευής, αναπτύσσεται το βασικό μαθηματικό υπόβαθρο της Υπολογιστικής Τομογραφίας και παρουσιάζεται η εξέλιξη των αλγορίθμων ανακατασκευής, με ιδιαίτερη έμφαση στον αλγόριθμο της φιλτραρισμένης οπισθοπροβολής (FBP). Έπειτα, αναφέρονται μέθοδοι προσομοίωσης (όπως η μέθοδος Monte Carlo) και μοντελοποίησης στην Ψηφιακή Τομοσύνθεση. Περιγράφονται οι κατηγορίες των ομοιωμάτων (phantoms) που χρησιμοποιούνται και οι διαδικασίες ελέγχου των συστημάτων προσομοίωσης.Στο πειραματικό μέρος της εργασίας, αναλύεται η πειραματική διαδικασία της εφαρμογής της Ψηφιακής Τομοσύνθεσης για την απεικόνιση τομών ενός λογισμικού phantom. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε η πλατφόρμα ΧRayImagingSimulator, για τη δημιουργία του phantom και την προσομοίωση της διαδικασίας ακτινοβόλησής του. Το phantom απεικονίζεται με δύο τρόπους. Αρχικά, ως 2D ακτινογραφία και στη συνέχεια με εφαρμογή της Ψηφιακής Τομοσύνθεσης. Η ανακατασκευή στην Ψηφιακή Τομοσύνθεση πραγματοποιείται με τους αλγόριθμους MPA και FBP, μέσω της πλατφόρμας PIRXI. Τέλος συγκρίνονται η 2D ακτινογραφία με τα επίπεδα της Ψ. Τομοσύνθεσης για κάθε αλγόριθμο ανακατασκευής, στα οποία τα αντικείμενα εμφανίζονται εστιασμένα. Το πειραματικό μέρος ολοκληρώνεται με τα αποτελέσματα της σύγκρισης.