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Simulation and Measurement of Scattered Radiation in X-Ray Computed Tomography

Riccardo Dario Dirnberger

Titel

Simulation and Measurement of Scattered Radiation in X-Ray Computed Tomography

Autor/in

Datierung

11.06.2021

Beschreibung

Seit dem Sommer 2020 hat die Hochschule Luzern für Technik und Architektur (HSLU T&A) ein CT-System namens LuCi (Lucerne Ct Imaging) für Forschungszwecke zur Verfügung. Die Streustrahlung innerhalb eines solchen Systems ist einer der Hauptstörfaktoren, welcher die Genauigkeit der Rekonstruktion eines gemessenen Objekts beeinträchtigt. Daher werden eine Analyse und Quantifizierung des Streustrahlungsbeitrags in LuCi benötigt, welche das Ziel dieser Bachelor-Thesis sind. Eine Literaturrecherche hat ergeben, dass die Monte Carlo Methode ein zuverlässiges Werkzeug für die Simulation von Streustrahlung ist. Ein Simulationswerkzeug, welches diese Methode implementiert ist GATE, eine Open-Source Software basierend auf GEANT4, einem Toolkit, das für die Simulation des Durchgangs von Teilchen durch Materie benutzt wird. Ein Simulationsaufbau eines virtuellen Nachbaus von LuCi wurde entwickelt und der Streustrahlungsbeitrag für verschiedene Konfigurationen simuliert. Die verwendete Röntgenquelle war ein Kegelstrahl mit einem Quellenspektrum für eine Beschleunigungsspannung von 160 kV und einem 6.5 μm dickem Wolframtarget. Aus den Simulationsergebnissen der Konfigurationen wurde der Streustrahlungsbeitrag der Einzelteile berechnet. Der grösste Beitrag von 1.89% wurde für die Granitblöcke berechnet, beim Gehäuse liegt der Beitrag bei 0.60% und der kleinste Streustrahlungsbeitrag von 0.56% wurde für die Detektor- und Objekthalterung berechnet. Für den gesamten Simulationsaufbau, bestehend aus Phantom, Gehäuse, Granitblöcken, Detektor- und Objekthalterung, wurde eine Streustrahlung von 6.25±0.40% berechnet. Zur gleichen Zeit wurden experimentelle Messungen der Streustrahlung an LuCi an der HSLU vom Team von CC TES (Competence Centre Thermische Energiespeicher) durchgeführt, welche ein Ergebnis von 12.57±0.34% ergaben. Verglichen mit den Simulationsergebnissen ergibt sich ein Unterschied von 6.32%. Aufgrund des grossen Unterschieds zwischen experimentell erhobenen und simulierten Ergebnissen sind weitere Untersuchungen des Simulationsaufbaus erforderlich.

Since summer 2020, a CT system called LuCi (LUcerne Ct Imaging) is available for research purposes at Lucerne University of Applied Sciences and Arts (LUASA). Scattered radiation within such a system is an important deteriorating factor impacting the accuracy of reconstruction of a measured object. Therefore, the analysis and quantification of scattered radiation contribution in LuCi is required, which is the aim of this bachelor thesis. Research has shown that the Monte Carlo method is a reliable tool for the simulation of scattered radiation. A simulation tool implementing this method is GATE, an open-source software based on GEANT4, which is a toolkit used for the simulation of the passage of particles through matter. A simulation setup representing LuCi virtually was developed, and the scattered radiation simulated for different configurations. The implemented source was a cone beam with a source spectrum for a 160 kV acceleration voltage and a 6.5 μm thick tungsten target. From the simulation results of the configurations, the scattered radiation contribution of individual parts was calculated. The biggest contributors are the granite blocks, with a contribution of 1.89%; a value of 0.60% was calculated for the cabinet, and the smallest contributor to the scattered radiation, at 0.56%, are the detector holder and object holder. For the full simulation setup, including phantom, cabinet, granite blocks, detector holder and object holder, a scattered radiation of 6.25±0.40% was calculated. Simultaneously, experimental measurements of the scattered radiation within LuCi were carried out at LUASA by the Competence Centre Thermal Energy Storage (CC TES) team, showing a result of 12.57±0.34%, resulting in a difference of 6.32% in comparison to the simulation results. Given the large difference between the experimentally measured and simulated results, further research into the simulation setup is needed.

Urheberrechtshinweis