X射线荧光CT的重建与衰减校正方法研究

摘要

X射线计算机断层扫描(CT)成像在各种疾病的诊断、分期、治疗计划和治疗评估中起关键作用。它在临床前小动物成像研究中也是不可或缺的。然而，所述模态在提供分子特征方面不足。如何在解剖CT图像的顶部添加分子成像信息代表在临床实践和体内动物成像研究中的重大未满足的需要。已经提出使用X射线可激发纳米荧光体的技术用于解剖结构和分子特征的同时成像。虽然该方法显示出非常高的灵敏度和空间分辨率，但是光信号的有限穿透深度可以使X射线发光CT(XLCT)到临床前使用和某些临床应用。 X射线荧光CT是一种广泛应用于调查样品中元素空间分布的实验技术。然而，用于该技术的图像重建比用于透射断层成像困难，很大一部分原因是由于自吸收。在这项工作中，我们利用感兴趣元素的已知的质量和未知的密度来表示未知的衰减图。将衰减图添加到最大似然期望最大化重建方法中的像素的贡献值。结果表明，相对误差小于14.1％，说明该方法可以有效校正X射线荧光CT。 有序子集最大期望值算法(Ordered Subsets Expectation Maximization，OSEM)具有较高的图像重建质量和较短的计算时间，已经被应用于内源CT（如SPECT、PET、同步辐射X射线荧光CT）的图像重建中。本文提出将OSEM算法应用于X射线荧光CT的图像重建，并通过引入衰减校正因子来进行衰减校正研究。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景

1．1．1 CT的出现和发展

1．1．2 X射线荧光CT的发展

1．2本论文研究意义

1．3本文的组织安排

第2章X射线荧光CT成像的基本原理

2．1 X射线物理基础

2．1．1 X射线的产生

2．1．2特征X射线

2．1．3 X射线与物质的相互作用

2．2 CT成像基本原理

2．2．1中心切片定理

2．2．2从投影重建图像

2．3 X射线荧光CT的物理机制

2．3．1 X射线与物质的相互作用机制

2．3．2光子计数型探测器基础

2．4 X射线荧光CT的基本结构

2．4．1 X射线管

2．4．2准直器

2．4．3 X射线探测器

2．4．4荧光探测器

2．5 X射线荧光CT的成像机制

2．6本章小结

第3章衰减校正算法

3．1 X射线荧光CT的衰减原理及校正思路

3．2预校正法和后校正法

3．2．1预校正法

3．2．2后校正法

3．3本征法

3．3．1指数反投影法

3．3．2 Bellini法

3．3．3 Inouye法

3．3．4 Metz法

3．4迭代法

3．5各种方法的讨论

3．6本章小结

第4章OSEM重建算法及衰减校正

4．1算法介绍

4．2数字模型验证

4．2．1模型制作

4．2．2模拟结果

4．3加入衰减校正的OSEM重建算法

4．3．1算法介绍

4．3．2荧光吸收系数

4．4数字模型验证

4．4．1数字模型制作

4．4．2荧光吸收系数评估

4．4．3模拟结果

4．5衰减图

4．6本章小结

第5章模拟数据结果与讨论

5．1仿真数据处理

5．2模拟数据重建分析

5．2．1 投影图像分析

5．2．2断层图分析

5．2．3能谱图分析

5．3模拟数据衰减校正分析

5．4本章小结

第6章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢

研究生期间论文发表情况