發(fā)射斷層成像(Emission Computed Tomography,ECT)可分為正電子發(fā)射斷層成像(Positron Emission Tomography,PET)和單光子發(fā)射斷層成像(Single PhotonEmission Computed Tomography,SPECT)兩大類,它借助放射性核素標記的示蹤劑藥物在生物體內(nèi)參與代謝的過程,記錄放射性核素發(fā)生衰變產(chǎn)生的γ光子,能夠顯示人體正常和病變器官的代謝變化,其數(shù)據(jù)和圖像的準確程度,對于疾病的診斷和基本生命過程的認知與了解都至關(guān)重要。 隨著現(xiàn)代ECT掃描儀全3D采集模式的普及,大大提高了系統(tǒng)的靈敏度,縮短了采集時間,但是由此帶來的散射光子、視野外光子、探測器數(shù)目的增加及效率的改變、采集數(shù)據(jù)的復(fù)雜化等將大大影響全3D采集模式的效率,因此必須提出針對全3D采集模式的數(shù)據(jù)校正方法及新的適應(yīng)性更強的魯棒重建算法。 本文針對上述問題,基于隨機優(yōu)化理論開展3D ECT的數(shù)據(jù)校正及圖像重建的相關(guān)工作。隨機優(yōu)化理論的應(yīng)用主要有兩種形式:1、通過蒙特卡羅模擬的優(yōu)化求解;2、求解問題過程中優(yōu)化處理系統(tǒng)噪聲。本文中第一種蒙特卡羅模擬的優(yōu)化求...

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【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 3D ECT數(shù)據(jù)校正及圖像重建的研究現(xiàn)狀及存在的問題
        1.2.1 3D ECT數(shù)據(jù)校正
        1.2.2 ECT圖像重建
    1.3 論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點
        1.3.1 3D ECT數(shù)據(jù)校正
        1.3.2 3D ECT圖像重建
        1.3.3 論文創(chuàng)新點
    1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排
第二章 ECT技術(shù)
    2.1 PET和SPECT
        2.1.1 PET工作原理
        2.1.2 SPECT工作原理
        2.1.3 ECT數(shù)據(jù)存儲-Sinogram
        2.1.4 ECT數(shù)據(jù)重組
        2.1.5 ECT圖像重建
    2.2 PET掃描儀性能測試
        2.2.1 全身用PET性能測試方法
        2.2.2 小動物PET性能測試方法
    2.3 小動物PET性能測試結(jié)果
        2.3.1 空間分辨率
        2.3.2 絕對靈敏度和三維靈敏度
        2.3.3 散射率
        2.3.4 圖像實驗
        2.3.5 小結(jié)
    2.4 成像系統(tǒng)模型:發(fā)射掃描和透射掃描
        2.4.1 ECT成像的發(fā)射掃描摸型
        2.4.2 ECT成像的透射掃描模型
    2.5 藥物動力學(xué)
        2.5.1 藥物動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型-房室模型
        2.5.2 參數(shù)的計算方法
第三章 基于蒙特卡羅方法的PET散射特性分析及散射校正
    3.1 散射校正方法概述
        3.1.1 基于能量窗識別的方法
        3.1.2 將散射補償加入迭代重建過程的方法
        3.1.3 基于卷積或反卷積處理的方法
        3.1.4 利用蒙特卡羅模擬直接估計散射分布的方法
        3.1.5 幾種散射校正方法聯(lián)合使用的散射校正過程
    3.2 蒙特卡羅模擬在ECT系統(tǒng)中的應(yīng)用
        3.2.1 蒙特卡羅方法
        3.2.2 模擬ECT系統(tǒng)使用的蒙特卡羅代碼
        3.2.3 應(yīng)用GATE進行ECT系統(tǒng)建模
    3.3 應(yīng)用Monte Carlo模擬進行PET散射特性分析
        3.3.1 SHR74000散射特性分析
        3.3.2 SHR17000散射特性分析
    3.4 基于SSS的PET散射校正方法
        3.4.1 SSS的單次康普頓散射模擬
        3.4.2 數(shù)據(jù)處理流程
        3.4.3 統(tǒng)一化方法(Scale method)
        3.4.4 TOF信息加入到散射校正中
    3.5 散射校正的效果及在實際中的應(yīng)用
        3.5.1 模型A實驗
        3.5.2 模型B實驗
        3.5.3 定量統(tǒng)計分析
        3.5.4 實際PET掃描儀中的應(yīng)用
第四章 基于狀態(tài)空間的放射性濃度重建
    4.1 控制系統(tǒng)中的狀態(tài)空間描述
    4.2 PET成像的狀態(tài)空間體系
        4.2.1 PET的測量模型
        4.2.2 PET的狀態(tài)模型
        4.2.3 PET成像的狀態(tài)空間體系
    4.3 求解PET狀態(tài)空間體系的卡爾曼濾波算法
        4.3.1 卡爾曼濾波算法
        4.3.2 卡爾曼濾波實現(xiàn)PET圖像重建
        4.3.3 卡爾曼濾波重建效果演示
    4.4 求解PET狀態(tài)空間體系的H_∞濾波算法
        4.4.1 H_∞濾波器
        4.4.2 H_∞濾波重建效果演示
    4.5 考慮系統(tǒng)不確定性的UPWLS重建體系
        4.5.1 最小二乘求解過程
        4.5.2 狀態(tài)空間表述
        4.5.3 UPWLS完整PET圖像重建求解過程
        4.5.4 實驗
        4.5.5 小結(jié)
第五章 ECT放射性濃度和衰減系數(shù)的同時估計
    5.1 同時估計使用的狀態(tài)空間框架
        5.1.1 考慮衰減效應(yīng)的SPECT發(fā)射掃描過程
        5.1.2 考慮衰減效應(yīng)的PET發(fā)射掃描過程
        5.1.3 SPECT成像的狀態(tài)空間表述
    5.2 UKF求解過程描述
        5.2.1 放射性濃度分布的UKF狀態(tài)估計
        5.2.2 衰減系數(shù)分布的UKF參數(shù)估計
    5.3 同時估計的實驗結(jié)果及討論
        5.3.1 Zubal數(shù)字胸腔體模實驗
        5.3.2 真實物理模型采集數(shù)據(jù)實驗
        5.3.3 真實病人采集數(shù)據(jù)實驗
    5.4 結(jié)論
第六章 動力學(xué)參數(shù)引導(dǎo)的多示蹤劑放射性濃度的同時估計
    6.1 PET動態(tài)重建與平行房室模型
        6.1.1 PET動態(tài)重建
        6.1.2 PET動態(tài)采集過程建模
        6.1.3 平行房室模型
    6.2 狀態(tài)空間表述及重建求解過程
        6.2.1 狀態(tài)空間表述
        6.2.2 H_∞濾波器
    6.3 結(jié)果分析及討論
        6.3.1 數(shù)字體模模擬實驗
        6.3.2 蒙特卡羅模擬實驗
        6.3.3 真實采集數(shù)據(jù)實驗
    6.4 結(jié)論
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 本文工作的總結(jié)
    7.2 本文后續(xù)工作的展望
        7.2.1 3D ECT數(shù)據(jù)校正
        7.2.2 3D ECT圖像重建
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間研究成果



本文編號：4004096