基于重投影的CT图像硬化伪影校正

在工业计算机断层成像(CT)技术中所用的X射线源通常是多能的,检测过程中只能获得多能投影数据,若直接重建图像则会出现硬化伪影,硬化伪影校正是提高重建图像质量的一重要步骤。本文采用重投影的方法来校正由于射线硬化导致重建图像出现的硬化伪影,通过硬化校正后的重建CT图像质量得到显著提高。     

基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法

X射线CT中,X射束硬化导致重建图像中出现伪影,严重影响了图像质量。论文深入分析了射束硬化对原始投影数据的影响,并提出了一种基于基图像TV模型的射束硬化校正方法。该方法首先依据射束硬化的物理特征建立了带有可调参数的初步校正模型;其次,在不同的可调参数条件下,原始投影数据经该模型预处理变换得到多组预处理投影序列;再次,分别对预处理投影序列进行重建得到一系列校正基图像;最后,将基图像的线性组合作为最终重建图像。其中,加权系数的最优解是以最终重建图像的全变分(Total Variation,TV)函数作为目标函数,通过迭代法求得。为验证该算法,对真实的铝柱体模和工业检测件进行了实验,结果表明,该算法对射束硬化引起的杯状和条状伪影均有显著的抑制效果。     

蒙特卡罗方法在X射线荧光分析中的一些应用

本文给出了荧光过程的蒙特卡罗模拟,着重考虑了几种散射过程对特征X射线强度的影响。对几 种纯元素,计算了单位辐射下特征X射线的强度,与实验值取得了较好的一致。     

阵列背散射成像中图像数据校正的仿真研究

阵列背散射成像是一种有发展潜力的辐射成像技术。与透射成像相比,阵列背散射图像数据校正较为复杂,涉及数据不一致性校正和系统响应曲线调整两个方面。基于阵列背散射成像系统的特点分析,应用蒙特卡罗仿真实验方法,归纳总结出1种增益归一化与斜率调整相结合的阵列背散射图像校正方法。利用该方法对仿真实验得到的数据进行校正,获得了较好的校正效果。     

直线加速器散射校正因子的蒙特卡罗计算

临床上处方剂量计算时要考虑百分深度剂量(PDD)和总散射校正因子(Sc,p)的影响.本研究中利用蒙特卡罗程序(BEAMnrc和DOSXYZnrc)模拟SIEMENS Primus Plus直线加速器6MV能量的电子束,计算各照射范围内总散射校正因子和百分深度剂量值,并与指形电离室测量值比较,同时计算了总散射校正因子(S...     

X射线CT成像条状伪影校正

X射线CT成像过程中,由光子饥饿引起的CT图像中的条状伪影退化了CT图像的质量,增大了CT图像的数值统计误差,进而影响到材料探测结果。本文提出了一种基于自适应中值滤波的条状伪影校正方法,该方法依据投影数据的幅值自适应地设定滤波的窗口尺寸。针对多个相邻探元处于光子饥饿状态的情况,设定了阈值,判断中值滤波后的投影信号幅值是否处于阈值之下,否则继续扩大滤波窗口,直至满足阈值判断准则。本文通过实验验证了方法的有效性,该方法简单易行,适于实际工程应用。     

大型工业CT中X射线硬化校正的一种方案

介绍了大型工业CT的一种多色X射线硬化校正方法。该方法利用一个标准函数将多色投影值转化为单色投影值。定义了一些参数来证明该方法适用于大型工业CT的硬化校正,并对参数进行了优化。通过模拟实验,这种校正方法在不需要先验知识,使用单色重建算法的前提下,仍能大大减小CT重建图像的硬化伪像。     

DBP重建算法插值校正CT金属伪影

提出了一种通过减少插值误差的影响来改进抑制CT金属伪影效果的方法。基于滤波反投影(FBP)重建算法,插值后的投影数据在反投影之前进行滤波,将插值误差传播到整个投影数据从而导致重建图像质量下降。采用差分反投影(DBP)重建算法的抑制金属伪影方法,因其能够沿着优选Hilbert滤波器方向在反投影之后滤波,该属性有助于减少插值误差的传播从而改善重建图像质量。数值仿真实验验证了提出方法的有效性。     

X射线测厚仪刻度校正模型的研究

本文提出了新的模型来描述X射线测厚仪中射线在穿过被测物质时的衰减规律。利用已知厚度的若干标定片的实测数据点,针对不同数据点数量、不同数据点分布等多种情况,对比此模型和其他文献中的刻度校正模型。结果表明,由此模型计算的衰减曲线与实验数据符合良好,且当标定数据点数量减少及分布改变时,此模型仍具有较高的精度,误差的稳定性超过其他模型。     

多气隙电阻板室探测X射线研究

介绍了多气隙电阻板室(MRPC)的结构和原理,用蒙特卡罗方法计算了MRPC对X射线的灵敏度,并进行了脉冲X光机实验.实验表明,MRPC有望作为大面积的阵列探测器用于X射线成像技术研究.     

GPU梯度自适应SART图像重建算法

针对SART迭代重建算法所需投影数据量大且迭代时间长的问题,将TV算法引入SART中,动态调节梯度步长来加速算法的收敛性能,实现用少量投影数据重建出高质量的图像。为加快算法的执行速度,将SART-TV算法在GPU上并行加速。用SART算法和SART-TV算法对Shepp-Logan模型重建,仿真实验表明:在采样数据相同的情况下,SART-TV算法较SART算法可以重建出更好的图像,且基于GPU的SART-TV算法的迭代时间明显低于基于CPU的SART-TV算法。     

基于遗传算法的可燃毒物设计优化方法研究

可燃毒物可补偿寿期初过剩反应性及展平功率分布,因此对堆芯燃料组件设计具有重要意义。目前传统的优化设计主要依靠设计者的主观经验及判断,复杂耗时,其设计效率及可靠性急待改进。本文将多目标并行遗传算法应用于压水堆组件毒物选型优化,以反应性控制、功率分布和不同时期燃耗剩余等为目标,对可燃毒物材料类型、含可燃毒物燃料棒排列方式、毒物含量、轴向分层等决策变量进行优化,研究了遗传算法在燃料组件毒物多目标优化设计中的理论模型及实现方法。同时将遗传算法与蒙特卡罗粒子输运方法有机结合,应用到压水堆燃料组件设计中,得到了组件可燃毒物优化方案。针对二维和三维燃耗计算,分别筛选了13和40种优化方案。计算结果表明：Er2O3用作毒物的综合效果最好;Gd2O3、Eu2O3和Sm2O3的应用需结合堆芯方案开展进一步研究;HfO2和Dy2O3不适合用作可燃毒物。该结果与通过人工搜索优化得到的结论基本一致。同时,三维轴向分层可为优化提供更多可选的材料种类方案,以部分毒物的分层布置方式可减小功率峰因子。本文研究为堆芯燃料/毒物设计提供了先进方法及工具。     

基于蒙特卡罗抽样和最大-最小法的地震易损度算法研究

本文探索并研究了一种新的地震易损度算法,基于蒙特卡罗（MC）抽样和最大-最小法计算了单个设备和多个设备组合的最小割集的易损度。最小割集包括3种类型：纯地震失效最小割集、包含非事件的最小割集、地震失效和随机失效混合割集。对于仅包含地震失效的事故序列,可直接采用基于蒙特卡罗抽样和最大 最小法的易损度算法进行计算。涉及地震失效和随机失效混合的事故序列,可采用极限近似方法（MCUB）或其他割集定量化算法进行计算。经对比,基于蒙特卡罗抽样和最大 最小法的地震易损度算法计算结果与理论值一致,为工程应用中的地震易损度计算提供了另一种可行的算法。     

蒙特卡罗方法在中子能谱研究中的应用

针对快中子能谱实验测量数据的修正 ,开发了FAMS MC蒙特卡罗计算程序 ,对 5 9、6 4和1 4 1MeV中子在Be核上产生的次级中子双微分截面的实验结果进行了修正计算 ,并与用MCNP蒙特卡罗程序修正的结果进行了比较。用FAMS MC程序进行中子能谱实验测量数据修正得到满意结果。     

反应堆时空动力学蒙特卡罗改进准静态方法研究

改进准静态方法可采用大时间步,减少反应堆时空动力学问题的计算耗时。本文提出了蒙特卡罗改进准静态方法,将两种方法的优势结合,用于新型反应堆的时空动力学问题。基于改进准静态方法的理论框架,研究设计了伴随通量统计、动态参数统计和形状函数计算等相应的蒙特卡罗算法。针对一维两群问题,实现了相应的算法。与确定论程序计算结果的比较表明,蒙特卡罗改进准静态方法是可行的。     

基于改进Gauss-Hermite方法的在线多普勒展宽方法研究

温度对核截面的效应对反应堆中子学计算有重要影响,同时也是热工反馈的基础。准确、高效且内存占用较少的蒙特卡罗截面在线温度处理方法是其中的关键。基于多普勒展宽理论及Gauss-Hermite求积组,可使用基准温度下的截面对任意温度进行展宽计算,实现蒙特卡罗粒子输运过程中的在线多普勒展宽。本文针对传统Gauss-Hermite方法存在的问题,对该方法进行了改进,并利用典型压水堆算例进行了验证分析。结果证明,改进算法显著地提高了效率,为在线多普勒展宽方法在多物理耦合中的应用提供了基础。     

在MCNP中考虑共振弹性散射的修正方法

蒙特卡罗方法采用自由气体模型来考虑中子与靶核的弹性碰撞中的热效应。传统的模型假设绝对零度下的弹性散射截面是常数,忽略了截面的共振效应所带来的影响。为在自由气体模型中考虑共振弹性散射效应,采用多普勒展宽舍弃修正方法,修正了连续能量蒙特卡罗程序MCNP的自由气体模型,并对Mosteller轻水堆多普勒基准题进行了分析。数值结果表明：对于轻水堆,在热态零功率的情况下,忽略共振弹性散射会高估燃料棒的无限介质增殖因数（k_∞）40～100 pcm,热态满功率下高估140～200 pcm;忽略共振弹性散射给燃料温度系数带来7%～15%正的偏差。同时分析了新的抽样方法对计算时间的影响,以及共振弹性散射效应对中子出射能量分布的影响。     

低能X射线自由空气电离室散射和荧光光子修正因子的研究

为了减少散射和荧光光子在低能X射线自由空气电离室复现空气比释动能的影响,需要引入散射和荧光光子修正因子。运用EGSnrc MC模拟程序中的DOSXYZnrc程序包对6~50 ke V能量范围内X射线自由空气电离室的散射和荧光光子修正因子进行模拟计算,获得散射和荧光光子修正因子的值;参考CCRI的国际比对规范,对低能X射线规范下的5个辐射质的散射和荧光光子修正因子进行了模拟计算,得出散射和荧光光子修正因子的值。研究结果表明:所得散射和荧光光子修正因子不确定度为0.1%,可为低能X射线空气比释动能的国际比对提供数据支持。     

基于NECP-MCX的蒙特卡罗-确定论耦合及权窗网格粗化方法研究

对于屏蔽计算的深穿透问题,由于仅有少量粒子能够穿透屏蔽层到达计数区,所以计算效率极低。为解决该问题,基于一致性共轭驱动重要性抽样方法研究了蒙特卡罗-确定论耦合方法(简称耦合方法)。本研究实现的耦合方法可以基于蒙特卡罗的组合实体几何建模,自动生成确定论SN计算所需的输入参数,利用SN共轭计算生成一致的源偏倚和权窗参数,提供给蒙特卡罗方法正向计算使用。同时耦合方法使用的基于网格的权窗在大规模问题中会遇到内存瓶颈,本文基于贡献因子理论,研究了自动网格粗化方法。新开发了嵌套网格的结构用于网格粗化,以节省权窗占用的内存,同时不影响权窗的效果。基于NECP-MCX程序实现了耦合方法和网格粗化方法。数值结果表明,对于HBR-2基准题,相比于MCNP程序的权窗自动生成方法,耦合方法的品质因子最高提高了2个数量级。在不影响计算精度和效率的前提下,可以将权窗网格最多减少为原来的1/226。