基于神經(jīng)網(wǎng)絡定位算法的高分辨率PET探測器研究.pdf

1、正電子發(fā)射斷層掃描成像(Positron Emission Tomography,PET)是一種核醫(yī)學成像技術，它通過探測正電子核素衰變產生的γ射線成像，是一種無創(chuàng)傷，可以在分子水平上觀察生物體組織新陳代謝的活體成像技術。
　　 近年，小動物PET和專用PET(如PEM，BrainPET)的研究越來越受到重視，引起許多研究者的興趣。和人體用PET不同，這兩類PET需要較高的分辨率以觀察較小的生物體組織。當前，采用晶體陣列和多通道

2、光電探測器相結合組成的PET探測器，普遍獲得了小于2mm的位置分辨率。但是，在這類探測器中，晶體陣列間存在由隔光材料形成的死區(qū)，降低了探測器的靈敏度。同時，γ射線在晶體內部的散射和由反應深度造成的視差(Depth of Interaction，DOI)都可能惡化探測器的分辨率。
　　 作為一個選擇，采用連續(xù)晶體組成的探測器可以避免這些問題。相對于晶體陣列型探測器，這種探測器的設計簡單，造價低，靈敏區(qū)域大并且能量分辨率和時間分辨率

3、都要好。在這種探測器中，晶體的選擇可以大于光電轉換器的靈敏區(qū)，覆蓋包含光電轉換器封裝在內的面積。γ射線在晶體表面的入射位置，而非在晶體內部的作用位置可以通過γ射線和晶體作用后產生的光分布信息獲得。
　　 在本文，我們采用LYSO晶體和多通道光電倍增管組成探測器實驗模型，采用神經(jīng)網(wǎng)絡作為位置估算器。我們從測試探測器所需晶體的性能開始，對探測器實驗模型的各個方面作了詳細的介紹：包括優(yōu)化64通道探測器信號讀出方案，建立用于獲取探測器信

4、號的電子學系統(tǒng)及其相應上層控制軟件，對電子學系統(tǒng)和探測器性能的測試，優(yōu)化MLP網(wǎng)絡參數(shù)的選者，在FPGA上實現(xiàn)了用于位置估算的網(wǎng)絡算法。
　　 下面概要說明本文各章的主要內容。
　　 第一章是緒論，介紹了PET成像的基本原理及其性能指標，簡要描述了PET兩個應用。
　　 第二章介紹了PET探測器的組成以及幾個典型的高分辨小動物PET系統(tǒng)所使用的探測器設計方法。
　　 第三章描述了神經(jīng)網(wǎng)絡的基本原理，主要介

5、紹了多層感知器網(wǎng)絡和徑向基函數(shù)網(wǎng)絡的結構以及學習方法。
　　 第四章是對我們所使用的LYSO晶體的性能測試，包括激發(fā)發(fā)射譜，熒光衰減時間，能量分辨率和光產額。
　　 第五章是對探測器的讀出方案優(yōu)化，描述了四種探測器信號讀出方案對定位精度的影響。
　　 第六章詳細介紹PET探測器實驗平臺的設計，包括電子學系統(tǒng)硬件和軟件的設計，電子學系統(tǒng)的性能測試，探測器平臺的組成和性能的初步測試。
　　 第七章詳細描述由多