發(fā)布時(shí)間：2018-06-05 21:15

  本文選題：多通道平行孔準(zhǔn)直器 + SPECT��； 參考：《南京大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：SPECT是一種常用的核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。通過對患者體內(nèi)的放射性核素進(jìn)行成像可以顯示體內(nèi)的生理活動(dòng)。為了提高準(zhǔn)直器的靈敏度,減少測量時(shí)間,同時(shí)保持平行束準(zhǔn)直器大視野的優(yōu)點(diǎn),本文提出了將多路技術(shù)引入平行束準(zhǔn)直器,構(gòu)成多通道平行束準(zhǔn)直器。多通道平行束準(zhǔn)直器通過在原來平行束準(zhǔn)直器的斷層內(nèi)屏蔽體上增開一組伽馬射線通道來達(dá)到在平行束準(zhǔn)直器中構(gòu)建多路技術(shù)的目的。 為了了解多通道平行束準(zhǔn)直器的性能,文中首先從準(zhǔn)直器的幾何條件出發(fā),利用等效孔長的表達(dá)形式,給出了引入多通道系統(tǒng)后帶來的斜平行孔的點(diǎn)源擴(kuò)展函數(shù)。從而進(jìn)一步推導(dǎo)出多通道平行束準(zhǔn)直器軸向和橫向的點(diǎn)源擴(kuò)展函數(shù)函數(shù)。然后從多通道平行孔準(zhǔn)直器點(diǎn)源擴(kuò)展函數(shù)出發(fā)推導(dǎo)出多通道平行束準(zhǔn)直器的靈敏度和傳統(tǒng)的半高寬形式的空間分辨率,由于引入了多路技術(shù),除了半高寬分辨率外,為了完整評價(jià)多通道的影響還給出了均方根分辨率的表達(dá)形式。為了驗(yàn)證數(shù)學(xué)推導(dǎo)的正確性,本文利用MCNP程序進(jìn)行蒙特卡洛模擬,提出了粒子軌跡分析的算法,用于對模擬結(jié)果中的粒子軌跡進(jìn)行記錄和分析,并且比較了模擬數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果與理論預(yù)測。通過這種算法可以區(qū)分入射探測器粒子中的散射粒子和透射粒子,并且分析了散射和透射對點(diǎn)源擴(kuò)展函數(shù)、靈敏度以及分辨率的影響。在確定了準(zhǔn)直器性能之后,我們對準(zhǔn)直器建立了二維的數(shù)學(xué)模型,并且給出了系統(tǒng)矩陣的張角修正計(jì)算方法。為了評價(jià)準(zhǔn)直器本身性質(zhì),在圖像重建過程中本文首先使用無噪音的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建,利用均勻圓柱模體觀察重建過程中的偽影情況,利用Jaszczak模體觀察成像過程中的分辨率變化情況。然后使用含有泊松分布噪音的模擬數(shù)據(jù)研究準(zhǔn)直器系統(tǒng)的噪聲性質(zhì),利用均勻圓柱模體觀察圖像收斂和噪聲放大情況,利用多熱區(qū)模體觀察多通道平行束準(zhǔn)直器對不同深度圖像的重建效果。本文利用蒙特卡羅方法模擬實(shí)際情況進(jìn)行圖像重建,用MLEM迭代算法在不同的準(zhǔn)直器材料條件下驗(yàn)證了透射修正算法,最后進(jìn)行了OSEM迭代算法圖像重建的初步研究。 多通道平行束準(zhǔn)直器在研究過程中表現(xiàn)出很多優(yōu)良特性。通過多通道技術(shù)的應(yīng)用準(zhǔn)直器獲得了更高的靈敏度。由于光子可以通過伽馬射線通道到達(dá)探測器表面,這使得系統(tǒng)的靈敏度最多可增加近一倍。其次與其他增加靈敏度的方法相比,多通道平行束準(zhǔn)直器保持了較高的空間分辨率。從理論推導(dǎo)、蒙特卡羅模擬和圖像重建的結(jié)果可以看出：當(dāng)伽馬射線通道較小時(shí),多通道平行束準(zhǔn)直器對空間分辨率的影響很小,甚至在伽馬射線通道較大時(shí),其依舊具有好于同等靈敏度的平行孔準(zhǔn)直器的空間分辨率。多通道平行束準(zhǔn)直器具有較高透射和較小的散射。從蒙特卡羅的結(jié)果可知,多通道平行束準(zhǔn)直器透射雖然比平行束準(zhǔn)直器高,但文章中同時(shí)給出了在系統(tǒng)矩陣計(jì)算過程當(dāng)中通過采用等效屏蔽體孔長的算法,在圖像重建過程中對透射進(jìn)行修正的方法。同時(shí)蒙特卡羅模擬表明散射在探測數(shù)據(jù)中所占比例很小(約1%)。在從重建后的圖像中可以看出,多通道平行束準(zhǔn)直器無額外偽影產(chǎn)生。并且通過分析不同深度熱區(qū)圖像可知,其分辨率的變化比平行束準(zhǔn)直器小。同時(shí),與平行束準(zhǔn)直器相比,多通道平行束準(zhǔn)直器有較低的噪音放大速度和迭代收斂速度,以及在噪聲條件下更好的成像效果。從對蒙特卡羅數(shù)據(jù)的模擬中可以看出較高的子集數(shù)和噪音水平情況下,可以得到較好的圖像重建效果。
[Abstract]:SPECT is a commonly used nuclear medical imaging technology. By imaging the radionuclides in the patient's body, the physiological activity in the body can be displayed. In order to improve the sensitivity of the collimator, reduce the measurement time, and maintain the advantages of the parallel beam collimator, this paper introduces a multi-channel technique into a parallel beam collimator to form a multipass system. A parallel beam collimator. A multichannel collimator is used to create a multi-channel technique in a parallel beam collimator by adding a group of gamma ray channels on the shield of the original parallel beam collimator.
In order to understand the performance of multichannel parallel beam collimator, starting from the geometric condition of collimator and using the expression of the equivalent hole length, the point source extension function of the oblique parallel hole is given after the introduction of the multi-channel system, and the extended function function of the axial and transverse point source of the multichannel parallel beam collimator is further derived. Then the sensitivity of multichannel parallel beam collimator and the traditional half width and wide spatial resolution are derived from the point source extension function of the multichannel parallel hole collimator. In addition to the half width and width resolution, the expression of the root mean square resolution is also given in order to evaluate the influence of the multichannel. The correctness of the mathematical deduction is verified. In this paper, the Monte Carlo simulation is used in the MCNP program. The algorithm of particle trajectory analysis is proposed to record and analyze the particle trajectories in the simulation results, and the results of the simulated data and the theoretical prediction are compared. By this method, the scattering particles in the incident detector particles can be distinguished from the scattering particles. The effect of scattering and transmission on the point source expansion function, sensitivity and resolution is analyzed. After determining the collimator performance, we establish a two-dimensional mathematical model for collimator, and give the calculation method of the angle correction of the system matrix, which is to evaluate the property of the collimator itself and the process of image reconstruction. In this paper, we first use the non noise simulation data to reconstruct the image, and observe the artifacts in the reconstruction process by using the uniform cylindrical mold body, and use the Jaszczak model body to observe the change of the resolution in the imaging process. Then use the simulated data containing the noise of Poisson distribution to study the noise properties of the quasi straight system and use the uniform cylinder. The image convergence and noise amplification are observed by the model body, and the multi channel parallel beam collimator is used to observe the reconstruction effect of different depth images. In this paper, the Monte Carlo method is used to simulate the actual situation to reconstruct the image. The transmission correction algorithm is verified with the MLEM iterative algorithm under the different collimator material conditions. Finally, the transmission correction algorithm is verified. A preliminary study of the image reconstruction of the OSEM iterative algorithm.
The multichannel collimator shows a lot of excellent characteristics in the study process. The collimator obtains higher sensitivity through the application of multichannel technology. As the photon can reach the detector surface through the gamma ray channel, this makes the sensitivity of the system almost doubled. From the theoretical deduction, the results of Monte Carlo simulation and image reconstruction show that when the gamma ray channel is smaller, the multi channel parallel beam collimator has little influence on the spatial resolution, even when the gamma ray channel is larger, it is still better than the same spirit. The multi-channel parallel beam collimator has higher transmission and smaller scattering. From the results of Monte Carlo, the transmission of multi channel collimator is higher than that of parallel beam collimator, but the equivalent shielding body length is also used in the system matrix calculation. The Monte Carlo simulation shows that the proportion of scattering in the detection data is very small (about 1%). It can be seen from the reconstructed image that there is no additional artifact in the multi channel collimator. And the resolution is known by analyzing the images of different depth heat regions. The change is smaller than the parallel beam collimator. At the same time, compared with the parallel beam collimator, the multichannel parallel beam collimator has a lower noise amplification rate and iterative convergence rate, and a better imaging effect under the noise condition. A higher number of subsets and noise levels can be seen from the simulation of the Monte Carlo data. Good image reconstruction effect.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R310

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1983425