基于GATE的PET系统仿真研究

PET和SPECT是现代核医学最高水平的影像技术,GATE是专用于PET和SPECT的蒙特卡罗仿真工具。研究以西门子公司的PET扫描仪ECAT EXACT HR+和PET/CT Biograph2为原型,分别使用GATE实现其系统的完整仿真。依据NEMA 2001标准,对仿真系统的空间分辨率、散射分数和灵敏度分别进行测试与评估。测试结果表明,仿真系统性能参数和实验结果之间具有良好的一致性。     

X射线相干散射与非相干散射强度比的蒙特卡罗模拟

本文对X射线相干散射与非相干散射强度比进行蒙特卡罗模拟,模拟结果与实验测定符合较好。     

含杂质的卢瑟福散射的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法数值研究了杂质对α粒子卢瑟福散射的影响。杂质原子根据靶材的纯度以给定的概率随机替换靶材原晶格的原子。研究结果表明,考虑杂质后,出射粒子随散射角分布的曲线中形成了新的峰,峰的位置随杂质元素原子序数的增加向大角度方向移动;杂质的原子序数越低、含量越高,对卢瑟福散射出射粒子角分布的影响越明显;同时,入射粒子能量越低,杂质产生的峰对分布曲线的影响越明显。此外,对典型的C6+、N7+等重离子束的卢瑟福散射的模拟计算结果表明,重离子束对杂质有更好的分辨率。     

全覆盖型动物PET系统探测器灵敏度的研究

为了提高动物PET系统探测器的灵敏度,增加探测器几何立体角的覆盖比例。在原有的Mi-cro PET系统环形探测器两端,对称添加两块中间有孔的平板探测器构成了紧密型动物PET系统。研究紧密型动物PET系统灵敏度的方法为:基于Gate程序建立系统模型,在点源、面源和体源三种类型的放射源条件下进行Monte Carlo模拟。模拟结果表明:物理结构上的改进有效地提高了探测器灵敏度,使符合事件数为传统的Micro PET的4.48倍;同时点源和面源的模拟结果说明,紧密型探测器结构使得整个探测区域空间均匀性变好,有利于数据采集和图像重建;而平板探测器中间的孔削弱了对探测器灵敏度的改善,尤其是对于放置在探测区域边缘的放射源。应用该全覆盖型结构有望进一步提高PET系统的探测灵敏度并有助于提高图像质量。     

PeneloPET:一种PET专用的蒙特卡罗仿真工具

PeneloPET是一种基于PENELOPE的PET专用蒙特卡罗仿真工具.文章介绍了PeneloPET 的主要特点及使用PeneloPET进行PET仿真的一般过程,并以GE Healthcare的双环型eXplore Vista microPET为原型验证了PeneloPET仿真的有效性.仿真结果显示,PeneloPE...     

线极化γ射线康普顿散射的蒙特卡罗模拟

本文利用蒙特卡罗程序Geant4模拟了不同能量、不同线极化度γ射线的康普顿散射过程,通过记录散射γ射线方位角上计数的不对称性模拟计算了入射γ射线的极化度。比较了模拟计算的极化度与原入射射线的极化度,发现两者符合很好。结果表明,利用蒙特卡罗方法能模拟极化光子与物质的相互作用,可为γ极化仪的设计提供指导。     

石英β剂量的蒙特卡罗模拟

用蒙特卡罗方法对TL或OSL测定年代中用β源进行照射时石英样品的吸收剂量进行模拟,研究石英薄片样品厚度和石英单颗粒大小对吸收剂量的影响。模拟程序用EGSnrc/DOSRZnrc,圆柱形薄片样品直径0.97cm,厚度10–500μm,单颗粒大小60–300μm。结果表明,吸收剂量与薄片样品的厚度有关,相对剂量的最大差异达10%;石英单颗粒中相对剂量随颗粒变小而增大,最大差异达19%。这些因素在测定年代过程中需加以考虑。     

基于蒙特卡罗模拟3-DPET图像重建的研究

应用蒙特卡罗模拟软件GATE对GeDiscoveryLSPET/CT扫描系统进行模拟,获得三维投影数据,分别采用三维有序子集最大期望值法（3-DOSEM）与三维滤波反投影法（3-DFBP）进行图像重建,从空间分辨率、成像的对比度以及信噪比等方面对3-DOSEM法与3-DFBP法的重建结果进行比较。结果显示,对蒙特卡罗方法模拟获得的三维投影数据,采用3-DOSEM法重建比3-DFBP法重建得到的图像质量好。     

高分辨率小动物Micro Insert PET系统的模拟研究

在西门子Micro PET小动物成像系统中接入高分辨率的Insert探测器环,组成了Micro Insert PET系统,可以进一步提高小动物PET系统的图像分辨率。本文采用蒙特卡罗模拟软件GATE定义Focus-220小动物PET和Micro Insert两种系统,在同步仿真运算中,给出了三种类型的符合数据,即PET Scanner和PET Scanner之间的符合、PET Scanner和Insert之间的符合、Insert和Insert之间的符合。用滤波反投影算法重建了Na-22单点源模型、多点源模型、LZU模型的PET图像。其中,多点源模型的径向图像分辨率的仿真结果与美国华盛顿大学的Micro Insert实验数据,在忽略正电子射程、非线性效应项以及噪声等的贡献下,两者符合得很好。研究表明,使用Micro Insert系统能够将小动物PET系统的图像分辨率提高到亚毫米水平。     

热中子照相装置屏蔽的蒙特卡罗模拟

中子照相装置的屏蔽对降低反应堆大厅本底及提高中子照相质量具有重要意义。使用蒙特卡罗模拟方法,对热中子照相装置各组成部分的屏蔽进行模拟计算。结果表明：在照相装置的准直器部分使用厚130cm、密度4.6t/m3的重混凝土,飞行管部分使用厚75cm、密度3.6t/m3的重混凝土可保证屏蔽外的辐射当量剂量达到反应堆大厅的监督区要求。     

Monte Carlo Simulation Study on Impact of AFOV and Crystal on Scatter Fraction and Sensitivity of PET

Long axial field of view (AFOV) PET is the development direction of future PET. The purpose of this paper is to simulate PET using GATE toolkit to evaluate scatter fraction (SF) and sensitivity for different AFOV and different crystal materials according to NEMA NU2-2012 protocol. The simulation results were compared with the experimental results. The simulation results are in accordance with experimental results, and the reliability of the simulation is verified. As the AFOV increases, the sensitivity also increases, but this increase is non-linear and changes most significantly at a certain length, and the axial length of the most obvious sensitivity change is different for different PET. The crystal with the best sensitivity is LuAP, and the YAP crystal has the lowest sensitivity. The crystal material and AFOV have no significant impact on the scatter fraction.     

BEGe探测器晶体参数的蒙特卡罗计算与实验表征技术研究

利用²⁴¹Am发射的59.54 keV平行γ射线束对宽能BEGe探测器晶体进行扫描测量,通过晶体端面垂直扫描确定晶体直径,通过晶体侧面垂直扫描确定晶体高度。利用厂家提供的参数以及扫描得到的晶体参数建立蒙特卡罗计算模型,再通过点源和体源的实验测量值对晶体前端面及侧面死层厚度进行表征调节,使其与实验值符合,从而获得最佳理论计算模型。结果表明,获得的参数正确可靠,其点源探测效率的理论计算结果与实验测量值在2%内符合。该方法极大改善了蒙特卡罗计算BEGe晶体探测效率的精度,可应用于探测器的效率刻度及环境放射性调查。     

Monte Carlo Simulation of Gadolinium Neutron Gamma Spectroscopy Tracer Logging Method

The thermal neutron count and capture gamma ray spectroscopy before and after gadolinium seeping into sandstone and limestone formation are simulated by Monte Carlo Method, and the determination method of oil saturation is studied by using the thermal neutron count rate ratio and the n(Gd)/n(H) of capture gamma spectrum before and after gadolinium seeping. In addition, the relations of ratio with influence factors such as porosity, salinity of gadolinium seeping, saturation and lithology are given.      

离子电离与次级反应耦合的蒙特卡罗模拟方法研究与应用

氘或氚离子在靶物质中电离输运的同时会发生次级反应,为模拟这一过程,开发了耦合蒙特卡罗工具RSMC。程序用详细历史法和浓缩历史法模拟电离过程,调用ENDF或TENDL中D、T核数据计算次级反应,同时使用“强迫次级粒子产生”降方差技巧提高模拟效率。对中子深度分析问题、加速器单能中子源问题和热中子-聚变中子转换靶问题进行研究,验证了RSMC的正确性。     

井型HPGe探测器探测效率的MC模拟

采用MC方法对井型HPGe探测器全能峰探测效率进行虚拟刻度。通过改变点源在井中的位置,研究了其探测效率变化规律,并进行了实验验证;同时模拟计算了探测器对0.1~1Me V能量的探测效率。模拟与实验结果表明:137Cs放射源在井中不同位置的实验测量结果与模拟值最大相对误差6.8%,最小相对误差1.5%;探测效率随放射源离井底距离增加而减小,随入射射线能量增大而减小。     

Monte Carlo Simulation of Electron Swarm in the Diamond Film Growth via EACVD

Monte Carlo simulations are adopted to study the electron transport porcess in the non-uniform electric field.Some important parameters of electrons in diamond films dynamic process at low temperature via EACVD such as angle distribution,energy distribution,average energy of electrons are given.The results indicate that the electron scattering near the substrate is mainly of a large-angle scattering,exhibiting a double-peaking distribution .All of the conclusions provide some theoretical data referential to the vapor dynamic model of diamond film growth at low temperature via EACVD.     

超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC

蒙特卡罗方法对于复杂核系统的模拟具有明显优势,然而在实际工程应用中存在巨大的挑战,如复杂结构与材料分布精准建模难度大、计算收敛速度慢、海量数据难以及时有效分析等。超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC设计为支持以辐射输运为核心,包含燃耗、辐射源项/剂量/生物危害、材料活化与嬗变等的综合中子学计算,支持热工水力学、结构力学、化学、生物学等多物理耦合模拟。SuperMC目前已发展了精准建模、高效计算、四维可视化等关键技术,通过2 000余个国际基准模型及实验的验证与确认,在反应堆工程等方面获得广泛应用,本文对其发展概况进行介绍。