基于MPPC探测器的高分辨率小动物PET成像系统研究

摘要

本文在对PET探测器及系统深入研究的基础上，设计了一种基于MPPC的新型小动物PET系统，并在此基础上提出了一种新型的基于切伦科夫光的多示踪剂PET成像技术，其基本内容如下:
　　1.1探测器设计方面
　　在探测器设计方面，本文设计了一种基于MPPC的PET探测器模块，它由16×16的LYSO闪烁晶体阵列和8×8的MPPC阵列耦合而成，单个晶体尺寸为1.5×1.5×15 mm3。通过Monte Carlo模拟实验和实际实验对所设计的探测器进行了细致的研究。实际测量得到的探测器模块的平均能量分辨率为23.6％，平均本征空间分辨率为1.3mm。在探测器的时间分辨率方面，为了获取较好的时间分辨率，本文提出了迭代收缩阈值法IST和TV merge两种新型时间校正算法。这两种算法通过将时间校正过程线性化并将L1范数约束和TV约束加入到时间校正过程中，解决了传统时间校正算法校正精度低且无法实现晶体级别的时间校正的难题，使得探测器及系统的时间分辨率得到了较大的提升。
　　1.2图像重建方面
　　在PET图像重建方面，提出了一种基于低秩约束和稀疏表达的动态PET重建方法。该方法采用线性化交替方向法对目标函数进行求求解的手段来获取图像的精确重建。它解决了传统ML-EM等重建方法依赖一定的数据概率模型，无法在低计数量情况下获取高质量重建图像的难题。通过Monte Carlo模拟实验和实测数据实验，发现所提出的SLCR重建方法使得重建图像的偏差，方差和对比度恢复系数等参数相较于传统算法有了3％到9％左右的提升。另外，SLCR方法能够在重建过程中有效的将动态部分和背景区域分离出来，从而提升了目标区域的对比度，能够提供更多的生理信息。在重建速度方面，为了对PET图像重建进行加速，还构建了基于图像处理单元GPU加速的PET图像重建平台，通过这一平台，能够更为迅速的获取PET图像的重建结果。

目录

声明

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 科学问题

1．3 本文的主要贡献

1．4 论文的组织结构

2 本文的研究背景

2．1 PET影像技术的基本原理

2．2 PET探测器概述

2．3 PET系统概述

2．4 多示踪剂研究概述

2．5 本章小结

3 基于MPPC的探测器模块设计

3．1 基于MPPC探测器模块基本设计

3．2 基于MPPC的探测器模块性能验证

3．3 时间校正

3．4 本章小结

4 PET图像重建

4．1 动态PET重建算法概述

4．2 动态PET重建模型的数学表述

4．3 所提出重建方法的数学表述

4．4 基于SCLR动态重建方法的重建实例

4．5 PET图像GPU重建平台

4．6 本章小结

5 小动物PET系统构建

5．1 小动物PET系统的基本设计

5．2 小动物PET的性能的验证

5．3 基于切伦科夫光的双示踪剂成像

5．4 基于Logan-Plot的双示踪剂生理参数估计

5．5 本章小结

6 总结和展望

6．1 本文工作的小结与回顾

6．2 本文的后续工作及展望

参考文献

作者简历

教育经历

攻读博士学位期间的研究成果