本文關(guān)鍵詞：高分辨率小動物PET系統(tǒng)的仿真與圖像重建

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【摘要】：隨著基因工程技術(shù)和人類疾病鼠模型的出現(xiàn),遺傳學(xué)和分子生物學(xué)獲得了快速發(fā)展,人們迫切需要專用于小動物的高分辨率PET。小動物PET的成像對象尺寸較小,對獲得的PET圖像質(zhì)量要求較高。通常,PET的成像質(zhì)量主要由系統(tǒng)空間分辨率、計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)和放射性藥物與靶目標(biāo)作用的有效性等方面決定。因此,可以提高PET圖像質(zhì)量的方式有改進(jìn)PET系統(tǒng)的架構(gòu)、優(yōu)化重建算法和選擇合適的放射性藥物。小動物PET相對于早期PET有很多優(yōu)點(diǎn),擁有較高的空間分辨率,散射和衰減減少了,計(jì)數(shù)率適中,可以使用更少的探測器覆蓋同樣的立體角,同時探測器設(shè)計(jì)比較靈活。2003年,美國華盛頓大學(xué)Tai等人提出了PET-Insert的概念,在傳統(tǒng)PET Scanner中插入高分辨率的探測器,從而提高了系統(tǒng)分辨率。隨后,PET-Insert架構(gòu)方式也引入到小動物PET。本論文就是以采用PET-Insert結(jié)構(gòu)的小動物PET為研究對象,對其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和性能研究。PET-Insert結(jié)構(gòu)的最早成型系統(tǒng)是Virtual-pinhole PET(VP-PET),它將一個或多個高分辨率的探測器模塊整合到傳統(tǒng)低分辨率的PET掃描儀中,在變小的視野(Field of View,FOV)中獲得更高的系統(tǒng)靈敏度和空間分辨率。同時,這種新奇的結(jié)構(gòu)給圖像重建帶來了挑戰(zhàn),需要發(fā)展新的算法來應(yīng)對這種數(shù)據(jù)獲取模式。論文中通過仿真PET-Insert系統(tǒng),獲取符合數(shù)據(jù),利用FBP算法和改進(jìn)后的迭代法(PML-EM算法)進(jìn)行了圖像重建研究,驗(yàn)證了PET-Insert架構(gòu)的可行性。隨后,論文對實(shí)驗(yàn)室搭建的基于PET-Insert結(jié)構(gòu)的小動物PET進(jìn)行了仿真和系統(tǒng)性的研究,同時對該小動物PET的性能進(jìn)行了預(yù)估。我們所有的仿真都基于GATE(Geant4 Application for Emission Tomography)平臺,GATE是一種專用于醫(yī)學(xué)成像和放射治療的蒙特卡羅仿真軟件。GATE采用強(qiáng)大的Geant4來模擬輻射傳輸,準(zhǔn)確地追蹤輻射粒子的運(yùn)動過程,同時還可以仿真探測器和源的分布及運(yùn)動、放射衰變的記錄,以及動態(tài)的數(shù)據(jù)獲取過程等等。利用GATE,可以對成像系統(tǒng)進(jìn)行幾何建模,開發(fā)和驗(yàn)證圖像重建算法,還可以評估圖像質(zhì)量校正的方法。本文利用GATE同時仿真兩種不同的探測器,是PET的蒙特卡羅研究的一個重要突破,仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致,同時和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好,點(diǎn)源重建質(zhì)量較好,Phantom的FBP重建結(jié)果偽影嚴(yán)重,而改進(jìn)的迭代法去偽影效果明顯。
【關(guān)鍵詞】：小動物PET 高分辨率 PET-Insert 蒙特卡羅仿真 圖像重建
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q95-337;TP391.41
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 PET簡介10-15
• 1.1.1 PET與核醫(yī)學(xué)10-11
• 1.1.2 PET的技術(shù)原理11-13
• 1.1.3 PET發(fā)展的新趨勢13-15
• 1.2 小動物PET的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 小動物PET簡介15-16
• 1.2.2 國內(nèi)外研究對比16-17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 高分辨率小動物PET實(shí)驗(yàn)室原型19-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)室核醫(yī)學(xué)成像平臺介紹19-21
• 2.2 PET-Insert探測器結(jié)構(gòu)原理21-22
• 2.3 探測器晶體材料選擇22-25
• 2.3.1 閃爍體探測器22-24
• 2.3.2 碲鋅鎘探測器(Cd Zn Te)24-25
• 2.4 系統(tǒng)理論分辨率25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 第三章 PET-Insert系統(tǒng)的蒙特卡羅仿真及驗(yàn)證28-40
• 3.1 GATE簡介28
• 3.2 PET-Insert系統(tǒng)構(gòu)建28-31
• 3.2.1 PET-Insert幾何構(gòu)建29-30
• 3.2.2 源與探測器性能參數(shù)設(shè)置30-31
• 3.3 數(shù)據(jù)獲取與處理31-32
• 3.3.1 符合事件選取31
• 3.3.2 探測矩陣生成31-32
• 3.4 圖像重建32-36
• 3.4.1 VP-PET圖像重建算法32-33
• 3.4.2 統(tǒng)計(jì)目標(biāo)函數(shù)的建立33-34
• 3.4.3 VP-PET最大后驗(yàn)重建34-36
• 3.5 仿真結(jié)果與討論36-39
• 3.5.1 22~(Na)點(diǎn)源圖像重建36-38
• 3.5.2 LZU Phantom圖像重建38-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第四章 實(shí)驗(yàn)室小動物PET的蒙特卡羅仿真及圖像重建40-54
• 4.1 系統(tǒng)構(gòu)建40-41
• 4.2 MC模擬和圖像重建41-45
• 4.2.1 GATE建模與仿真41-42
• 4.2.2 單點(diǎn)源的圖像重建42-43
• 4.2.3 六點(diǎn)源的圖像重建43-45
• 4.3 Phantom研究45-48
• 4.3.1 Derenzo Phantom45-46
• 4.3.2 Shepp-Logan Phantom46-48
• 4.4 小動物PET的性能分析48-53
• 4.4.1 空間分辨率48-50
• 4.4.2 系統(tǒng)靈敏度50-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 第五章 總結(jié)與展望54-57
• 5.1 總結(jié)54-55
• 5.2 展望55-57
• 參考文獻(xiàn)57-62
• 在學(xué)期間的研究成果62-63
• 致謝63

【相似文獻(xiàn)】

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