Προσομοίωση ακτινοσκοπικής απεικόνισης: ανάπτυξη και χρήση εργαλείων λογισμικού

Abstract

Αντικείμενο αυτής της διατριβής είναι η ανάπτυξη, η επαλήθευση και η χρήση λογισμικού για τη προσομοίωση της ακτινογραφικής απεικόνισης. Το λογισμικό παρέχει τη δυνατότητα της δημιουργίας σύνθετων ηλεκτρονικών ομοιωμάτων και της λήψης των ακτινογραφικών τους προβολών σε επιλέξιμες φασματικές και γεωμετρικές παραμέτρους της ακτινογραφικής διάταξης. Τα ομοιώματα συνίστανται από απλά ή συνθετότερα γεωμετρικά αντικείμενα, επιλέξιμων διαστάσεων και σύνθεσης, ή αντικείμενα διηρημένα σε κυψελίδες που περιγράφονται από τρισδιάστατο πίνακα, ενώ η προσομοίωση της αλληλεπίδρασης ανάμεσα στην ακτινοβολία και την ύλη βασίζεται στη μέθοδο Monte Carlo, σε συνδυασμό με τεχνικές ακτινοϊχνηλάτησης και μεθόδους μείωσης της διακύμανσης. Εναλλακτικά για τους υπολογισμούς της πρωτογενούς ακτινοβολίας είναι δυνατή η χρήση αναλυτικής μεθόδου που βασίζεται στην εκθετική σχέση της εξασθένησης. Λόγω των μεγάλων χρόνων που απαιτούνται για τους υπολογισμούς με βάση τη μέθοδο Monte Carlo εισάγεται μια νέα μέθοδος παρεμβολής / εξομάλυνσης για τη μείωση του χρόνου που απαιτείται για τον σχηματισμό των ακτινογραφικών προβολών. Η μέθοδος που εφαρμόζεται στον υπολογισμό της συνιστώσας της σκέδασης, βασίζεται στην ευρεία συνάρτηση διασποράς σημείου που χαρακτηρίζει τη σκέδαση ως απεικονιστική διαδικασία και συντελεί στην εξάλειψη μεγάλου μέρος του κβαντικού θορύβου της σκεδασμένης συνιστώσας, μειώνοντας τον υπολογιστικό χρόνο. Η επαλήθευση του λογισμικού γίνεται μέσω της σύγκρισης των αποτελεσμάτων του με δεδομένα που έχουν προταθεί και ελεγχθεί στην αρθρογραφία. Το πρόγραμμα χρησιμοποιήθηκε σε εφαρμογές της Ψηφιακής Τομοσύνθεσης και της Υπολογιστικής Τομογραφίας Κωνικής Δέσμης. Η εφαρμογή του προγράμματος δείχνει την ακρίβεια των υπολογισμών της διάδοσης της ακτινοβολίας στην ύλη, τη δυνατότητα της προσομοίωσης πολύπλοκων ρεαλιστικών ομοιωμάτων με κλινικό ενδιαφέρον και τη σημαντική επιτάχυνση των υπολογισμών από την υλοποίηση των συνήθων μεθόδων μείωσης διακύμανσης και της εισαχθείσης μεθόδου παρεμβολής / εξομάλυνσης, αναδεικνύοντας το πρόγραμμα σε χρήσιμο, ολοκληρωμένο και ακριβές ερευνητικό εργαλείο για την μελέτη των περισσότερων πτυχών της ακτινογραφικής απεικόνισης.