Obrazowanie rentgenowskie z kontrastem fazowym i modulacją natężenia promieniowania przy oświetleniu krawędziowym

W niniejszej rozprawie przedstawiono metody modelowania i symulacji układu obrazowania rentgenowskiego z kontrastem fazowym i modulacj ˛a nat˛ezenia promieniowania przy o´swie- ˙ tleniu kraw˛edziowym. Zastosowano reprezentacje obiektów róznego typu, w postaci siatek, ˙ wokseli oraz powierzchni złozonych z krzywych B-sklejanych, dla uzyskania realistycznych ˙ map rozkładu kontrastu fazowego promieniowania rentgenowskiego w układzie o rozmiarach odpowiednich do obrazowania anatomii człowieka. Cel pracy został osi ˛agni˛ety dzi˛eki uzyciu ˙ antropomorficznych fantomów numerycznych oraz poprzez zaprojektowanie oraz implementacj˛e struktur symulacji, które uwzgl˛edniaj ˛a całkowite prawdopodobie ´nstwa oddziaływa ´n promieniowania X na jego drodze w obrazowanym obiekcie. Zbadano matematyczne oraz algorytmiczne własno´sci powierzchni B-sklejanych oraz opisano metody reprezentacji fantomów w ludzkiej skali w modelu obrazowania z kontrastem fazowym przy o´swietleniu kraw˛edziowym. Prezentowane metody modelowania doprowadziły do uzyskania wysokiego stopnia dokładno´sci obrazowania przy zachowaniu wysokiej wydajno´sci obliczeniowej, dzi˛eki zastosowaniu zaawansowanych metod przetwarzania obrazów w postaci transformacji krzywkowych z wykorzystaniem procesorów graficznych GPU. Przedstawiona implementacja pozwala na modelowanie oddziaływa ´n fizycznych promieniowania rentgenowskiego z róznymi obiektami ˙ wraz z rejestracj ˛a parametrów i wielko´sci, takich jak np.: całkowita droga przebyta przez promie ´n, miejsca oddziaływa ´n, czy zdeponowana energia. Zaproponowany model obrazowania w układzie z o´swietleniem kraw˛edziowym moze by´c wykorzystany w projektowaniu dedykowa- ˙ nych algorytmów rekonstrukcji iteracyjnych dla tomografii bazuj ˛acej na wieloprocesorowych układach heterogenicznych w tej metodzie obrazowania. Zaprezentowane wyniki pokazuj ˛a dobr ˛a wydajno´s´c modelu opartego o ray-tracing i metody Monte Carlo dla medycznego obrazowania rentgenowskiego róznego typu ludzkich tkanek mi˛ekkich. Ponadto przedstawione ˙ wyniki modelowania układu potwierdzaj ˛a, ze budowa rzeczywistego systemu obrazowania ˙ z kontrastem fazowym przy o´swietleniu kraw˛edziowym w ludzkiej skali powinna by´c mozliwa ˙ a zaprezentowane symulacje maj ˛a na celu jego dalszy rozwój dla zastosowa ´n w diagnostyce medycznej.