相对于常规CT仅能重建出断层的线性衰减系数,能谱CT重建出的是物质的有效原子序数和电子密度,真正具有物质分辨的能力,并且能有效得解决射线硬化和金属伪影等问题。因此,能谱CT是未来的发展方向,不管是在安检领域还是医疗领域都将得到极大的应用和发展。但是,由于能谱CT设备价格昂贵,且关键技术仅被少数几家国际大公司所掌握,想要从能谱CT设备入手进行研究不太现实。因此,选择从模拟仿真着手,并从比较基础的基于双层数字平板探测器的双能CT开始,对能谱CT系统进行仿真研究。本论文利用的仿真系统是基于蒙特卡洛模拟方法开发的GATE仿真软件。主要从CT系统的放射源、模体和双层数字平板探测器三个方面进行分析设计,其中双层数字平板探测器的参数设计由晶体选择、反应深度、探测效率和衰减层等方面分析讨论确定。最终提供能谱CT系统仿真设计的思路,并给出了一套双能CT成像系统的设计方案,为能谱CT的进一步研究打下基础。在本论文设计的能谱CT的基础上,设计实验,得到仿真数据,对数据进行处理,并进行分析讨论。本论文给出了仿真数据的处理方法及思路,并对不同层探测器上接收到的投影数据进行对比分析。另外,还从双能减影和FDK重建方面,对仿真数据进行了处理分析,验证了本论文设计的能谱CT系统的可行性。另外,论文还设计实验,基于实验数据计算出基于窄束X射线的介质质量衰减系数,并与由 NIST(The National Institute of Standards and Technology)发布的 XCOM 标准数据库中的质量衰减系数进行对比,验证了用GATE仿真平台来模拟粒子运输过程,实现质量衰减系数的精确化计算的可行性,同时也证明我们可以用GATE来对能谱CT进行仿真,其仿真结果精确可靠。