【摘 要】
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正电子发射断层成像(PET)作为当前一种重要的分子影像技术,在基础医学研究、临床诊断、新药研发和疗效评价等各个领域发挥重要作用。近年来,荧光分子断层成像(FMT)作为一种新
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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正电子发射断层成像(PET)作为当前一种重要的分子影像技术,在基础医学研究、临床诊断、新药研发和疗效评价等各个领域发挥重要作用。近年来,荧光分子断层成像(FMT)作为一种新兴的在体成像技术,受到广泛关注。PET和FMT双模态同时成像可以结合两种功能成像的优点,已经成为分子影像领域新的热点。
本文介绍了一套自主研发的用于小动物检测的荧光、核素双模态成像系统(OptiPET)。该系统集成了PET成像模块和FMT成像模块,既可以单独地进行PET和FMT扫描,也可以实现双模态联合成像。通过良好的设计,两种模态可以同步采集同一生理过程的相关联的功能信息,实现双模态成像。其中,PET系统使用双平板结构探测器,本工作着重研究了基于平板探测器的PET成像算法研究。
由于该PET系统的探测器结构与传统PET有很大差异,使用传统的解析重建算法处理该系统的PET数据时,需要做较多的近似和插值处理,引入了误差,增加了噪声,造成图像畸变。本工作深入研究了基于双平板探测器结构的重建算法,为OptiPET中的PET系统设计并实现了完全的三维迭代重建算法(3D—OSEM)。该算法取得了优于1.7mm的图像空间分辨率,并且有效地抑制了噪声,提高了信噪比。由于采用实时构建系统矩阵的方式,减少了3D-OSME算法的存储需求,同时也带来了更大的运算量。为了解决3D—OSEM算法所带来的计算性能问题,本工作研究了基于GPU并行计算的处理器调度和存储器访问模式,解决了数据竞争的问题,提高了访问效率,将3D—OSEM重建加速了近百倍,将图像重建缩减到25s左右,从而达到了实际的生物医学应用的要求。为了进一步优化在CPU上运行的速度,本文提出并使用一种基于坐标系旋转的归一化因子计算算法,避免了零值响应符合射线(LOR)的计算,将3D-OSEM在CPU平台的运算速度也提高了数十倍。
最后,利用在OptiPET上进行的仿体和裸鼠双模态联合成像实验,验证本工作中的PET重建算法的正确性,证明了双模态同时成像系统的可行性,体现了双模态同时成像系统的优越性。
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