本文關鍵詞： 閃爍晶體探測器 CZT DOI 雙端讀出 連續(xù)晶體　出處：《清華大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：以正電子發(fā)射斷層成像(Positron Emission Tomography,PET)和單光子發(fā)射計算機斷層成像(Single Photon Emission Computed Tomography,SPECT)為代表的核醫(yī)學影像學是現(xiàn)代醫(yī)學影像診斷的主要手段之一。伽馬光子探測器是PET和SPECT成像系統(tǒng)的核心組成部分,優(yōu)化探測器性能對提升成像系統(tǒng)綜合性能和臨床診斷價值具有重要意義。本論文旨在結合PET和SPECT影像系統(tǒng)實際臨床應用,研究現(xiàn)代核醫(yī)學影像探測器對伽馬事件的位置和能量測量性能優(yōu)化問題。能量分辨率對雙核素SPECT成像具有重要價值。針對高能量分辨率CZT探測器在SPECT中的應用,重點研究CZT不完全電荷收集過程引入的低能尾部光子計數(shù)效應及其校正方法�；谏虡I(yè)CZT SPECT系統(tǒng),提出CZT的尾部光子投影計數(shù)模型,開發(fā)了99mTc/123I雙核素成像的散射和串擾校正方法,有效提高了圖像定量精度。心肌模型實驗99mTc圖像的非透壁和透壁缺陷對比度由0.39和0.62分別提高到0.51和0.73;病人實驗99mTc圖像的心肌血池對比度由7.0提高到了63.6。測量作用深度(Depth of Interaction,DOI)信息是當前PET探測器技術的重點發(fā)展方向。本論文基于雙端讀出技術,研究了陣列式探測器的三維位置定位和能量性能優(yōu)化方法。重點研究了不同晶體表面處理方式和DOI定位算法下探測器的DOI定位性能,提出了定量描述探測器能量性能的指標。最優(yōu)的晶體表面處理方式為研磨晶體表面+鏡面反射膜(能夠獲得優(yōu)于2 mm的DOI分辨率和均衡的能量性能);線性算法和對數(shù)算法均能有效提取DOI信息并具有可類比的DOI性能。相比陣列式探測器,基于連續(xù)晶體的全三維位置定位技術是核醫(yī)學影像探測器的近年研究熱點之一。本論文研究了基于連續(xù)LYSO晶體和SiPM的全三維探測器技術。分別研究基于統(tǒng)計(Statistical-Based Positioning,SBP)和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(Artificial Neural Network,ANN)的三維位置定位算法,實現(xiàn)了x/y和DOI方向分別約為2.0 mm和4.0 mm的定位分辨率。針對探測器讀出通道數(shù)過多問題,提出基于Anger位置加權和基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)的兩種通道數(shù)壓縮策略;利用SBP,x/y和DOI方向的定位分辨率分別約為2.6 mm和5.0 mm,與不壓縮情況的定位能力可類比,從而提高了連續(xù)晶體探測器的工程應用價值。課題綜合研究了核醫(yī)學影像探測器的位置和能量性能優(yōu)化方法,對于雙核素SPECT成像定量精度提升以及PET和SPECT的空間分辨率提升均具有重要意義。
[Abstract]:Positron Emission Tomography was obtained by positron emission tomography. Pet) and single Photon Emission Computed Tomography. Nuclear medical imaging represented by SPECT is one of the main methods of modern medical imaging diagnosis. Gamma photon detector is the core component of PET and SPECT imaging system. The optimization of detector performance is of great significance to improve the comprehensive performance and clinical diagnostic value of imaging system. This paper aims to combine the practical clinical application of PET and SPECT imaging systems. This paper studies the optimization of the position and energy measurement performance of modern nuclear medical image detectors for gamma events. The energy resolution is of great value for binuclear SPECT imaging. Application in SPECT. The low energy tail photon counting effect introduced by CZT incomplete charge collection process and its correction method are studied. Based on the commercial CZT SPECT system, the tail photon projection counting model of CZT is proposed. The scattering and crosstalk correction methods for 99mTc / 123I binuclear imaging have been developed. The contrast of non-permeable and transmural defects in 99mTc images was improved from 0.39 and 0.62 to 0.51 and 0.73 respectively. The contrast of myocardial blood pool of 99mTc images was increased from 7.0 to 63.6. The depth of action was measured. DOI) information is the focus of the current PET detector technology. This paper based on dual-terminal readout technology. The three-dimensional position location and energy performance optimization of array detector are studied, and the DOI location performance of detector under different crystal surface treatment and DOI positioning algorithm is studied. The index of quantitatively describing the energy performance of the detector is presented. The best method of crystal surface treatment is the mirror reflection film on the ground crystal surface (the DOI resolution is better than 2 mm and the energy performance is equalized). Both the linear algorithm and the logarithmic algorithm can extract DOI information effectively and have comparable DOI performance. Full-3D position location technology based on continuous crystal is one of the hot research topics of nuclear medical image detector in recent years. In this paper, the full-3D detector technology based on continuous LYSO crystal and SiPM is studied respectively. Based on statistics (. Statistical-Based Positioning. SBP) and 3D position location algorithm based on artificial Neural Network (Ann). The location resolution of x / y and DOI is about 2.0 mm and 4.0 mm respectively. Two channel number compression strategies based on Anger position weighting and Principal component Analysis (PCA) are proposed. The location resolution in the direction of SBP x / y and DOI is about 2.6 mm and 5.0 mm, respectively, which can be compared with the localization ability in the case of no compression. Therefore, the engineering application value of continuous crystal detector is improved. The optimization method of position and energy performance of nuclear medical image detector is studied synthetically. It is of great significance to enhance the quantitative accuracy of binuclear SPECT imaging and the spatial resolution of PET and SPECT.
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R817

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