一种级联型解析光子计数CT仿真模型

摘要

开发并验证一种级联型解析光子计数CT仿真模型，该模型综合考虑了光子计数探测器中的电荷共享效应与脉冲堆积效应。为更准确表征电荷共享过程，在原有解析模型基础上引入电荷扩散模型，详细表征电荷从产生到收集至阳极的过程。针对脉冲堆积效应，则采用已有解析模型，并将其作为对投影数据的后处理步骤加以集成。通过60、90和120 keV单能束流的蒙特卡罗模拟实验验证了改进的电荷共享模型，并基于生成的空间能量响应矩阵获取电荷共享效应影响下的投影数据。在120 kV扫描条件下对水模及Gammex体模进行模拟，以评估模型性能。在120 mA通量下对水模图像进行定性分析，并在5、20、50和100 mA条件下对Gammex体模图像进行定量评价。结果表明，所建立的电荷共享模型在能谱响应方面与蒙特卡罗模拟结果的最大绝对百分比偏差为11.42%。此外，相较于电荷共享引起的线性失真，脉冲堆积引起的非线性失真对图像质量的影响更为显著，尤其是在高通量条件下。随着通量的增加，Gammex体模中30、70 mg/mL碘的线性衰减系数的平均绝对偏差和标准差均呈上升趋势，进一步证实脉冲堆积效应对图像质量的负面影响。

关键词

光子计数CT / 电荷共享 / 脉冲堆积 / 仿真

基金资助

国家重点研发计划（2020YFA0712201）; 国家自然科学基金（U21A6005）; 北京市自然科学基金（Z250002）; 广州市科技计划项目（202206010148）