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全覆盖型动物PET系统性能与成像方法研究

作　者: 杨群
导　师: 刘亚强
学　校: 清华大学
专　业: 核科学与技术
关键词: 全覆盖型动物PET系统灵敏度图像重建空间分辨率均匀性
分类号: TL816
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

为提高正电子发射断层成像系统的探测灵敏度，增加探测器的立体角覆盖比例，提出了全覆盖型动物PET系统结构：在原有的环形PET探测器两端对称添加平板探测器。本论文基于Monte Carlo模拟对全覆盖型动物PET系统的性能和成像方法进行了研究，验证其可行性。利用GATE软件对全覆盖型动物PET系统进行仿真：建立环状探测器的模型，在两端对称添加矩形探测器阵列。对模型进行简单模拟，根据探测到的γ光子的坐标生成图像检验仿真模型的正确性。对全覆盖型PET系统，在点源，面源和体源三种类型的放射源条件下进行Monte Carlo模拟，研究全覆盖型PET系统的探测灵敏度。提取碰撞事件的有效信息生成符合事件，结果表明：物理结构上的改进有效地提高了PET系统的灵敏度，使总符合事件数为传统的Micro PET的4.48倍，可以用于图像重建的符合事件数为micro PET的2.22倍；同时点源和面源的模拟结果说明，全覆盖型PET系统的探测器结构使得整个探测区域空间均匀性变好，有利于数据采集和图像重建。采用SSRB算法对模拟采集得到的表模式数据重组生成正弦图，基于Siddon算法生成系统矩阵，并实现了MLEM迭代图像重建算法。放射源为放置在FOV中心的点源和小体积圆柱体源。通过比较传统PET结构和全覆盖型结构的重建图像，结果说明：加入平板探测器的DOI信息，全覆盖型系统能改善径向的空间分辨率；保留与轴向夹角范围较小的板间符合事件，与环内符合生成的图像标准差变小，说明全覆盖型结构能够减小统计涨落对图像质量的影响，改善图像的均匀性。综上，采用适当的重建方法，全覆盖型动物PET系统能够提高图像径向空间分辨率和均匀性，这种新型结构的探测器设计对于提高PET系统的性能是非常有意义的。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第1章引言  10-20
  1.1 课题的背景  10-16
    1.1.1 正电子发射断层成像  10-13
    1.1.2 小动物 PET 简介  13-14
    1.1.3 迭代重建算法原理  14-16
  1.2 国内外研究现状  16-17
  1.3 Micro PET 探测器的创新设计  17-18
  1.4 论文的研究内容  18-20
    1.4.1 论文总体安排  18
    1.4.2 各章内容简介  18-20
第2章全覆盖型动物 PET 系统模型仿真  20-28
  2.1 蒙特卡洛方法  20
  2.2 GATE 软件简介  20-21
  2.3 全覆盖型动物 PET 系统参数设置  21-22
  2.4 系统模型的生成与检验  22-25
    2.4.1 系统模型的生成  22-25
    2.4.2 系统模型的检验  25
  2.5 系统模型的限制  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章全覆盖型动物 PET 探测器灵敏度的研究  28-43
  3.1 符合事件的种类  28
  3.2 符合事件的生成  28-32
    3.2.1 板间符合事件的生成  30-31
    3.2.2 环内符合事件的生成  31
    3.2.3 环板符合事件的生成  31
    3.2.4 符合事件的检验  31-32
  3.3 探测器灵敏度计算公式  32-33
  3.4 点源实验  33-37
    3.4.1 选取点源  33-34
    3.4.2 A 列点源  34-35
    3.4.3 B 列点源  35-36
    3.4.4 C 列点源  36-37
  3.5 面源实验  37-38
    3.5.1 面源设置  37
    3.5.2 面源实验结果  37-38
  3.6 体源实验  38
    3.6.1 体源设置  38
    3.6.2 体源实验结果  38
  3.7 平板探测器上孔的影响  38-41
    3.7.1 点源实验  39-40
    3.7.2 小体积圆柱体源实验  40
    3.7.3 用于图像重建的探测器模型选择  40-41
  3.8 本章小结  41-43
第4章全覆盖型动物 PET 系统图像重建及分析  43-67
  4.1 正弦图的生成  43-47
    4.1.1 数据重组  43-44
    4.1.2 生成正弦图  44-47
  4.2 Siddon 算法生成系统矩阵  47-51
    4.2.1 Siddon 算法概述  47-50
    4.2.2 系统矩阵的生成  50-51
  4.3 MLEM 迭代算法实现  51-52
    4.3.1 MLEM 迭代算法  51
    4.3.2 全覆盖型系统 MLEM 计算公式  51-52
  4.4 点源图像重建及分析  52-59
    4.4.1 DOI 效应  52-54
    4.4.2 点源图像重建  54-55
    4.4.3 图像空间分辨率分析  55-59
  4.5 体源图像重建及分析  59-65
    4.5.1 体源图像重建  60-62
    4.5.2 图像均匀性分析  62-65
  4.6 本章小结  65-67
第5章结论与工作展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-74
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  74

全覆盖型动物PET系统性能与成像方法研究

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