基于随机优化理论的3D ECT数据校正及图像重建
发布时间：2024-07-09 00:17
发射断层成像(Emission Computed Tomography,ECT)可分为正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)和单光子发射断层成像(Single PhotonEmission Computed Tomography,SPECT)两大类,它借助放射性核素标记的示踪剂药物在生物体内参与代谢的过程,记录放射性核素发生衰变产生的γ光子,能够显示人体正常和病变器官的代谢变化,其数据和图像的准确程度,对于疾病的诊断和基本生命过程的认知与了解都至关重要。 随着现代ECT扫描仪全3D采集模式的普及,大大提高了系统的灵敏度,缩短了采集时间,但是由此带来的散射光子、视野外光子、探测器数目的增加及效率的改变、采集数据的复杂化等将大大影响全3D采集模式的效率,因此必须提出针对全3D采集模式的数据校正方法及新的适应性更强的鲁棒重建算法。 本文针对上述问题,基于随机优化理论开展3D ECT的数据校正及图像重建的相关工作。随机优化理论的应用主要有两种形式:1、通过蒙特卡罗模拟的优化求解;2、求解问题过程中优化处理系统噪声。本文中第一种蒙特卡罗模拟的优化求...
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 3D ECT数据校正及图像重建的研究现状及存在的问题
1.2.1 3D ECT数据校正
1.2.2 ECT图像重建
1.3 论文的主要内容及创新点
1.3.1 3D ECT数据校正
1.3.2 3D ECT图像重建
1.3.3 论文创新点
1.4 论文的结构安排
第二章 ECT技术
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数据存储-Sinogram
2.1.4 ECT数据重组
2.1.5 ECT图像重建
2.2 PET扫描仪性能测试
2.2.1 全身用PET性能测试方法
2.2.2 小动物PET性能测试方法
2.3 小动物PET性能测试结果
2.3.1 空间分辨率
2.3.2 绝对灵敏度和三维灵敏度
2.3.3 散射率
2.3.4 图像实验
2.3.5 小结
2.4 成像系统模型:发射扫描和透射扫描
2.4.1 ECT成像的发射扫描摸型
2.4.2 ECT成像的透射扫描模型
2.5 药物动力学
2.5.1 药物动力学的数学模型-房室模型
2.5.2 参数的计算方法
第三章 基于蒙特卡罗方法的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 基于能量窗识别的方法
3.1.2 将散射补偿加入迭代重建过程的方法
3.1.3 基于卷积或反卷积处理的方法
3.1.4 利用蒙特卡罗模拟直接估计散射分布的方法
3.1.5 几种散射校正方法联合使用的散射校正过程
3.2 蒙特卡罗模拟在ECT系统中的应用
3.2.1 蒙特卡罗方法
3.2.2 模拟ECT系统使用的蒙特卡罗代码
3.2.3 应用GATE进行ECT系统建模
3.3 应用Monte Carlo模拟进行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的单次康普顿散射模拟
3.4.2 数据处理流程
3.4.3 统一化方法(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实际中的应用
3.5.1 模型A实验
3.5.2 模型B实验
3.5.3 定量统计分析
3.5.4 实际PET扫描仪中的应用
第四章 基于状态空间的放射性浓度重建
4.1 控制系统中的状态空间描述
4.2 PET成像的状态空间体系
4.2.1 PET的测量模型
4.2.2 PET的状态模型
4.2.3 PET成像的状态空间体系
4.3 求解PET状态空间体系的卡尔曼滤波算法
4.3.1 卡尔曼滤波算法
4.3.2 卡尔曼滤波实现PET图像重建
4.3.3 卡尔曼滤波重建效果演示
4.4 求解PET状态空间体系的H_∞滤波算法
4.4.1 H_∞滤波器
4.4.2 H_∞滤波重建效果演示
4.5 考虑系统不确定性的UPWLS重建体系
4.5.1 最小二乘求解过程
4.5.2 状态空间表述
4.5.3 UPWLS完整PET图像重建求解过程
4.5.4 实验
4.5.5 小结
第五章 ECT放射性浓度和衰减系数的同时估计
5.1 同时估计使用的状态空间框架
5.1.1 考虑衰减效应的SPECT发射扫描过程
5.1.2 考虑衰减效应的PET发射扫描过程
5.1.3 SPECT成像的状态空间表述
5.2 UKF求解过程描述
5.2.1 放射性浓度分布的UKF状态估计
5.2.2 衰减系数分布的UKF参数估计
5.3 同时估计的实验结果及讨论
5.3.1 Zubal数字胸腔体模实验
5.3.2 真实物理模型采集数据实验
5.3.3 真实病人采集数据实验
5.4 结论
第六章 动力学参数引导的多示踪剂放射性浓度的同时估计
6.1 PET动态重建与平行房室模型
6.1.1 PET动态重建
6.1.2 PET动态采集过程建模
6.1.3 平行房室模型
6.2 状态空间表述及重建求解过程
6.2.1 状态空间表述
6.2.2 H_∞滤波器
6.3 结果分析及讨论
6.3.1 数字体模模拟实验
6.3.2 蒙特卡罗模拟实验
6.3.3 真实采集数据实验
6.4 结论
第七章 总结与展望
7.1 本文工作的总结
7.2 本文后续工作的展望
7.2.1 3D ECT数据校正
7.2.2 3D ECT图像重建
参考文献
攻读博士学位期间研究成果
本文编号：4004096
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 3D ECT数据校正及图像重建的研究现状及存在的问题
1.2.1 3D ECT数据校正
1.2.2 ECT图像重建
1.3 论文的主要内容及创新点
1.3.1 3D ECT数据校正
1.3.2 3D ECT图像重建
1.3.3 论文创新点
1.4 论文的结构安排
第二章 ECT技术
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数据存储-Sinogram
2.1.4 ECT数据重组
2.1.5 ECT图像重建
2.2 PET扫描仪性能测试
2.2.1 全身用PET性能测试方法
2.2.2 小动物PET性能测试方法
2.3 小动物PET性能测试结果
2.3.1 空间分辨率
2.3.2 绝对灵敏度和三维灵敏度
2.3.3 散射率
2.3.4 图像实验
2.3.5 小结
2.4 成像系统模型:发射扫描和透射扫描
2.4.1 ECT成像的发射扫描摸型
2.4.2 ECT成像的透射扫描模型
2.5 药物动力学
2.5.1 药物动力学的数学模型-房室模型
2.5.2 参数的计算方法
第三章 基于蒙特卡罗方法的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 基于能量窗识别的方法
3.1.2 将散射补偿加入迭代重建过程的方法
3.1.3 基于卷积或反卷积处理的方法
3.1.4 利用蒙特卡罗模拟直接估计散射分布的方法
3.1.5 几种散射校正方法联合使用的散射校正过程
3.2 蒙特卡罗模拟在ECT系统中的应用
3.2.1 蒙特卡罗方法
3.2.2 模拟ECT系统使用的蒙特卡罗代码
3.2.3 应用GATE进行ECT系统建模
3.3 应用Monte Carlo模拟进行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的单次康普顿散射模拟
3.4.2 数据处理流程
3.4.3 统一化方法(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实际中的应用
3.5.1 模型A实验
3.5.2 模型B实验
3.5.3 定量统计分析
3.5.4 实际PET扫描仪中的应用
第四章 基于状态空间的放射性浓度重建
4.1 控制系统中的状态空间描述
4.2 PET成像的状态空间体系
4.2.1 PET的测量模型
4.2.2 PET的状态模型
4.2.3 PET成像的状态空间体系
4.3 求解PET状态空间体系的卡尔曼滤波算法
4.3.1 卡尔曼滤波算法
4.3.2 卡尔曼滤波实现PET图像重建
4.3.3 卡尔曼滤波重建效果演示
4.4 求解PET状态空间体系的H_∞滤波算法
4.4.1 H_∞滤波器
4.4.2 H_∞滤波重建效果演示
4.5 考虑系统不确定性的UPWLS重建体系
4.5.1 最小二乘求解过程
4.5.2 状态空间表述
4.5.3 UPWLS完整PET图像重建求解过程
4.5.4 实验
4.5.5 小结
第五章 ECT放射性浓度和衰减系数的同时估计
5.1 同时估计使用的状态空间框架
5.1.1 考虑衰减效应的SPECT发射扫描过程
5.1.2 考虑衰减效应的PET发射扫描过程
5.1.3 SPECT成像的状态空间表述
5.2 UKF求解过程描述
5.2.1 放射性浓度分布的UKF状态估计
5.2.2 衰减系数分布的UKF参数估计
5.3 同时估计的实验结果及讨论
5.3.1 Zubal数字胸腔体模实验
5.3.2 真实物理模型采集数据实验
5.3.3 真实病人采集数据实验
5.4 结论
第六章 动力学参数引导的多示踪剂放射性浓度的同时估计
6.1 PET动态重建与平行房室模型
6.1.1 PET动态重建
6.1.2 PET动态采集过程建模
6.1.3 平行房室模型
6.2 状态空间表述及重建求解过程
6.2.1 状态空间表述
6.2.2 H_∞滤波器
6.3 结果分析及讨论
6.3.1 数字体模模拟实验
6.3.2 蒙特卡罗模拟实验
6.3.3 真实采集数据实验
6.4 结论
第七章 总结与展望
7.1 本文工作的总结
7.2 本文后续工作的展望
7.2.1 3D ECT数据校正
7.2.2 3D ECT图像重建
参考文献
攻读博士学位期间研究成果
本文编号：4004096
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/fangshe/4004096.html
