乳腺專用PET系統(tǒng)設(shè)計及重建關(guān)鍵算法研究.pdf

1、乳腺腫瘤已成為威脅女性健康的頭號殺手，早期診斷、早期治療能大大提高其治愈率。正電子發(fā)射斷層成像(PET)的高靈敏性和高特異性，在臨床應用方面有著不可替代的價值。為此本論文設(shè)計一種非全環(huán)的PET系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少探測器晶體，降低了硬件成本和減少數(shù)據(jù)存儲空間，且該結(jié)構(gòu)具有很好的空間靈活性，易于X射線、CT、MRI進行融合和對乳腺腫瘤患者進行放射性治療，系統(tǒng)具有較高的空間分辨率和靈敏度。針對非仝環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)的部分探測器的缺失，采樣角度減少，圖像重建

2、偽影嚴重的問題，論文利用飛行時間信息，結(jié)合壓縮感知理論，建立了稀疏正則化條件下的圖像重建模型。
　　論文首先介紹了PET成像技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，PET成像原理，并詳細總結(jié)了PET圖像重建中的常用算法。在前人工作的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計五種不同結(jié)構(gòu)的乳腺PET系統(tǒng)，其中仝環(huán)結(jié)構(gòu)的探測器內(nèi)經(jīng)為15cm，長度是15.6cm，非全環(huán)結(jié)構(gòu)的有2/3環(huán)、1/2環(huán)、旋轉(zhuǎn)2/3環(huán)和旋轉(zhuǎn)1/2環(huán)，并從空間分辨率、散射分數(shù)、絕對靈敏度、計數(shù)率等多個參數(shù)對

3、不同結(jié)構(gòu)的PET系統(tǒng)進行評價比較。仿真實驗結(jié)果表明，非全環(huán)系統(tǒng)中隨著缺失角度的增大，系統(tǒng)的靈敏度、噪聲等效計數(shù)率逐漸降低，F(xiàn)OV邊緣處分辨率下降，缺口處尤為嚴重，而旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)能夠解決分辨率不均性，優(yōu)于非全環(huán)系統(tǒng)。
　　低成本，低劑量應用一直是核醫(yī)學成像的發(fā)展方向，因此欠采樣條件下進行圖像重建是有必要的，本文以壓縮感知理論為基礎(chǔ)，采用全變差變換對圖像信號進行稀疏化作為正則項，對目標函數(shù)交替優(yōu)化求解，能夠效的抑制噪聲和保持邊緣盡可能不被

4、破壞掉，提高圖像質(zhì)量。
　　論文進一步研究了引入TOF信息和混合稀疏化的圖像重建算法，通過加入小波稀疏化和仝變差稀疏化，在圖像恢復項上通過采集到數(shù)據(jù)的TOF信息進一步提高重建效果，并研究了時間分辨率，采集時間間隔對圖像重建的影響。實驗結(jié)果表明與傳統(tǒng)的重建方法相比混合稀疏化的方法能夠很好地抑制噪聲，提高成像質(zhì)量;時間分辨率越高，采集時間間隔越小，TOF成像質(zhì)量越高。在乳腺仿體重建中，全環(huán)系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集均勻，重建效果好。在加入