PET/DOT混合成像关键技术研究
发布时间：2020-12-15 10:13
正电子断层发射成像(Positron Emission Tomography, PET)和弥散光学层析成像(Diffuse Optical Tomography, DOT)都是能够对生物组织进行定量功能成像的医学成像方式。前者借助放射性核素标记的分子探针对活体生物体内的生化过程进行显像；后者则利用人体对近红外光的透射窗,通过内在生色团获取组织光学参数的分布进而得到血氧代谢情况。混合成像是当前医学成像领域发展的热点,不同成像方式的组合为科研和临床应用带来诸多益处。PET和DOT硬件系统能够较为方便的结合,图像可互相验证,互相补充,PET高分辨图像还可作为DOT先验信息。本文在对这两种成像方法分别研究的基础上,结合混合成像前沿研究方向,分别在硬件构建和图像重建算法方面的一些关键问题做了研究工作,主要内容和贡献如下。硬件构建方面：1.构建了适用于PET/DOT混合成像的小型平板PET系统,利用锗酸铋晶体配合新型位置灵敏型光电倍增管作为探测单元,给出了点源、线源等性能测试结果,还对小鼠进行了静态和动态成像实验。2.开发适用于混合成像的高速数据采集系统：利用现场可编程门阵列(Field Prog...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 多模式混合成像
1.2 PET/光混合成像
1.3 PET/DOT混合成像中的科学问题
1.4 本文的主要贡献
1.5 论文组织结构
第2章 PET/DOT问题背景及相关工作
2.1 正电子断层成像（Positron emission tomography,PET）
2.1.1 PET基本原理
2.1.2 PET数学模型
2.1.3 PET图像重建
2.1.4 PET硬件系统
2.2 弥散光学层析成像（Diffuse optical tomography,DOT）
2.2.1 DOT发展沿革和基本原理
2.2.2 DOT数学模型和图像重建
2.2.3 DOT硬件系统
2.3 PET/光混合成像
2.3.1 PET/内部生色团光学成像方式混合
2.3.2 PET/外部生色团光学成像方式混合
2.3.3 切伦科夫辐射成像
2.4 本章小结
第3章 面向小动物的混合成像系统：PET成像系统设计
3.1 系统设计概述
3.1.1 平面位置灵敏型光电探测器
3.1.2 平板PET系统概述
3.2 平板PET系统性能测试与实验
3.3 PET高速符合判断及数据采集模块
3.4 本章小结
第4章 DOT成像系统与体模实验
4.1 DOT系统概述
4.1.1 DOT系统选择
4.1.2 TRS时域DOT系统
4.2 体模实验及数据校正
4.2.1 实验体模的制备
4.2.2 数据采集及校正
4.3 本章小结
第5章 状态空间与PET图像重建
5.1 PET图像重建的状态空间体系
5.1.1 状态空间理论
5.1.2 PET成像状态空间描述
5.2 KF应用于PET图像重建
5.2.1 KF算法概述
5.2.2 基于KF的PET图像重建
5.3 H∞滤波器应用于PET图像重建
5.3.1 H∞滤波器与PET图像重建
5.3.2 基于H∞滤波的PET图像重建实例
5.4 考虑系统不确定性的UPWLS算法应用于PET图像重建
5.4.1 最小二乘求解PET图像重建
5.4.2 最小二乘法的状态空间表述
5.4.3 仿真与体模实验
5.5 本章小结
第6章 基于无网格方法的DOT图像重建
6.1 DOT正问题的数值求解
6.1.1 利用无网格方法求解DOT正问题
6.1.2 仿真实验与格林函数验证
6.2 基于自适应二重稀疏点阵的DOT图像重建
6.2.1 Levenberg-Marquardt方法求解逆问题
6.2.2 自适应双重稀疏点阵重建
6.2.3 仿真实验和讨论
6.3 FEM和EFG算法比较
6.4 PET和DOT图像重建讨论
6.4.1 状态空间体系中的DOT图像重建
6.4.2 DOT和PET图像重建比较
6.5 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 本文工作的小结和回顾
7.1.1 硬件方面
7.1.2 软件方面
7.2 本文引出的后续工作及展望
7.2.1 硬件方面
7.2.2 软件方面
参考文献
攻读博士学位期间主要的研究成果
已发表或录用的学术论文
已完成和投稿的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]核医学肿瘤乏氧显像的进展[J]. 陈刚,王荣福. 北京大学学报(医学版). 2006(03)
[2]恶性肿瘤内乏氧细胞研究现状[J]. 陆雪官,冯炎,胡超苏. 中华放射肿瘤学杂志. 1999(01)
博士论文
[1]基于随机优化理论的3D ECT数据校正及图像重建[D]. 高飞.浙江大学 2009
[2]基于状态空间理论的ECT图像重建[D]. 田毅.浙江大学 2006
本文编号：2918105
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 多模式混合成像
1.2 PET/光混合成像
1.3 PET/DOT混合成像中的科学问题
1.4 本文的主要贡献
1.5 论文组织结构
第2章 PET/DOT问题背景及相关工作
2.1 正电子断层成像（Positron emission tomography,PET）
2.1.1 PET基本原理
2.1.2 PET数学模型
2.1.3 PET图像重建
2.1.4 PET硬件系统
2.2 弥散光学层析成像（Diffuse optical tomography,DOT）
2.2.1 DOT发展沿革和基本原理
2.2.2 DOT数学模型和图像重建
2.2.3 DOT硬件系统
2.3 PET/光混合成像
2.3.1 PET/内部生色团光学成像方式混合
2.3.2 PET/外部生色团光学成像方式混合
2.3.3 切伦科夫辐射成像
2.4 本章小结
第3章 面向小动物的混合成像系统：PET成像系统设计
3.1 系统设计概述
3.1.1 平面位置灵敏型光电探测器
3.1.2 平板PET系统概述
3.2 平板PET系统性能测试与实验
3.3 PET高速符合判断及数据采集模块
3.4 本章小结
第4章 DOT成像系统与体模实验
4.1 DOT系统概述
4.1.1 DOT系统选择
4.1.2 TRS时域DOT系统
4.2 体模实验及数据校正
4.2.1 实验体模的制备
4.2.2 数据采集及校正
4.3 本章小结
第5章 状态空间与PET图像重建
5.1 PET图像重建的状态空间体系
5.1.1 状态空间理论
5.1.2 PET成像状态空间描述
5.2 KF应用于PET图像重建
5.2.1 KF算法概述
5.2.2 基于KF的PET图像重建
5.3 H∞滤波器应用于PET图像重建
5.3.1 H∞滤波器与PET图像重建
5.3.2 基于H∞滤波的PET图像重建实例
5.4 考虑系统不确定性的UPWLS算法应用于PET图像重建
5.4.1 最小二乘求解PET图像重建
5.4.2 最小二乘法的状态空间表述
5.4.3 仿真与体模实验
5.5 本章小结
第6章 基于无网格方法的DOT图像重建
6.1 DOT正问题的数值求解
6.1.1 利用无网格方法求解DOT正问题
6.1.2 仿真实验与格林函数验证
6.2 基于自适应二重稀疏点阵的DOT图像重建
6.2.1 Levenberg-Marquardt方法求解逆问题
6.2.2 自适应双重稀疏点阵重建
6.2.3 仿真实验和讨论
6.3 FEM和EFG算法比较
6.4 PET和DOT图像重建讨论
6.4.1 状态空间体系中的DOT图像重建
6.4.2 DOT和PET图像重建比较
6.5 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 本文工作的小结和回顾
7.1.1 硬件方面
7.1.2 软件方面
7.2 本文引出的后续工作及展望
7.2.1 硬件方面
7.2.2 软件方面
参考文献
攻读博士学位期间主要的研究成果
已发表或录用的学术论文
已完成和投稿的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]核医学肿瘤乏氧显像的进展[J]. 陈刚,王荣福. 北京大学学报(医学版). 2006(03)
[2]恶性肿瘤内乏氧细胞研究现状[J]. 陆雪官,冯炎,胡超苏. 中华放射肿瘤学杂志. 1999(01)
博士论文
[1]基于随机优化理论的3D ECT数据校正及图像重建[D]. 高飞.浙江大学 2009
[2]基于状态空间理论的ECT图像重建[D]. 田毅.浙江大学 2006
本文编号：2918105
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