窄束X射线激发发光成像系统研制和重建方法研究

摘要

窄束X射线激发发光成像(X-ray luminescence tomography imaging，XLT)是利用某些磷光纳米粒子(phosphor nanoparticles，PNPs)在窄束X射线激发下会产生可见光的特性进行成像。磷光纳米粒子激发后发出的可见光信号被高灵敏度的光敏探测器接收，再通过相应的重建方法即可恢复出生物组织内PNPs的分布。这种新兴的成像技术具有以下特点：第一，与传统分子成像技术相比，该成像模态摆脱了自体荧光的影响；第二，由于 X射线在生物组织内的穿透性强，该成像方式具有较高的成像深度；第三，窄束XLT系统的分辨率与窄束X射线的宽度紧密相关。
　　本文自主研发了X射线断层成像系统和窄束X射线激发发光成像系统相融合的双模态成像系统，并在该系统条件下开展了一系列仿真实验和仿体实验，对窄束XLT系统的各项性能进行了测试，包括窄缝宽度、在不同波长下的产生光信号的强弱以及简单的仿体穿透性测试。
　　在该系统的基础上，开展了窄束XLT三维重建研究。针对由探测器得到的表面荧光数据逆推组织内部PNPs的三维分布问题的病态性，本文提出使用裂分bregman方法用于窄束XLT重建来改善该问题的病态性。本文分别使用该方法和代数重建法(Algebra Reconstruction Technique,ART)进行窄束XLT重建，仿真实验结果表明重建结果的距离误差随着窄束 X射线的宽度和PNPs在仿体内的深度的增加而增大；同时发现在相同的条件下用裂分bregman方法重建的距离误差更小，并且能更好地显示仿体内PNPs的轮廓信息。文中进一步使用双模态融合的仿体实验来验证裂分bregman方法用于窄束XLT重建的可行性，仿体实验结果表明裂分bregman方法重建结果的距离误差更小，同时能更好地显示仿体内PNPs的轮廓信息。

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2 X射线激发发光成像技术

1.3本文的主要工作和论文安排

第二章 窄束X射线激发发光成像技术简介

2.1窄束X射线激发发光成像简介

2.2基于有限元方法窄束XLT前向问题以及仿真

2.3本章小结

第三章 窄束X射线激发发光成像系统

3.1窄束X射线激发发光成像系统及其系统软件

3.2窄束X射线激发发光成像的数据处理

3.3窄束XLT系统测试实验

3.4本章小结

第四章 基于裂分bregman算法的窄束XLT重建

4.1窄束X射线激发发光成像的逆向问题

4.2裂分Bregman算法用于窄束XLT重建

4.3实验验证与结果分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2研究展望

参考文献

致谢

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