pet探测器闪烁脉冲特征建模

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1、分类号学号D200977362学校代码10487密级博士学位论文PET探测器闪烁脉冲特征建模学位申请人：邓贞宙学科专业：生物医学工程指导教师：谢庆国教授答辩日期：2014年9月25日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringModelingfortheScintillationPulseinPETDetectorCandidate:DengZhenzhouMajor:Bio-medicalEngineer

2、ingSupervisor:Prof.XieQingguoHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaSep,2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文

3、的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密。√（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文摘要闪烁脉冲是正负电子湮灭产生的伽玛光子对被闪烁探测器测得的“第一手资料”，载有符合的闪烁事件最原始的信息。本论文研究闪烁脉冲特征的模型以及模型在闪烁脉冲处理方法中的应用，主要包括：首先，以

4、精确为导向，基于闪烁脉冲的各种物理成因，为闪烁脉冲建立了统计学闪烁脉冲模型——基于非均匀泊松过程和单光子响应的闪烁脉冲模型。针对闪烁脉冲的产生机制，结合对闪烁脉冲的参数测量，明确地界定了闪烁脉冲建模的内容，以及脉冲模型和数字化方法的关系，提出了一系列的统计学闪烁脉冲模型。统计学闪烁脉冲模型相比平均脉冲模型，不仅描述闪烁脉冲特征的期望，还同时描述闪烁脉冲的涨落。其次，依据符合事件产生的特点，建立了基于阈值的闪烁脉冲模型。闪烁脉冲快速变化的特征对闪烁脉冲的参照点变化十分敏感。因此，闪烁脉冲的上升沿建模包括闪烁脉冲的参照点建模和依据参照点的形状分析。阈值形式的闪烁脉冲上升沿

5、模型定义了上升沿的最一般特性。这种最一般的特性，适用于所有的移不变响应，因而具有较为广泛的应用价值。然后，通过实验观测，得到了脉冲下降沿方差正比于期望的结论。之后针对电压的涨落建立了基于Gamma分布的概率模型。在模型的基础上，提出了估计和甄别闪烁脉冲能量信息的方法。一种是根据最大后验概率准则获得能量值的方法，另一种是脉冲事件分类方法。在这种事件分类方法中，根据能量信息最终的数据形式，获得满足最大后验的分类。闪烁脉冲是一个能量有限的信号，不同于一般的功率信号。“能量有限”，是针对“事件”分析的先决条件。通过实验，不同能量的闪烁脉冲以数据反应真实的闪烁脉冲特征。并以测得

6、数据为基础，建立闪烁脉冲电压的概率模型。最后，从多事件堆积的影响出发，给出了不同事件率下不同衰减时间常数的堆积概率公式，定性地讨论了由于堆积带来的能量谱变化。给出了多事件的线性移不变模型，并通过离散化，把堆积的正过程解释为一个线性方程组问题，进而把堆积事件的时间能量信息复原抽象为一个逆问题。根据闪烁脉冲中主要的噪声分量，提I华中科技大学博士学位论文出用极大似然期望最大（MaximumLikelihoodExpectationMaximization，以下简称MLEM）迭代方法求解这个逆问题。通过MLEM迭代获得了具有能量保持和数据非负性的解。评估了MLEM方法的计算复

7、杂度，给出了不同采样率下的时间复杂度。讨论了MLEM方法的收敛性，同时按照迭代次数评估了MLEM方法得到的能量分辨率和时间消耗。关键词：闪烁脉冲建模；上升沿；下降沿；多事件堆积；时间标记；能量估计；基于脉冲模型的迭代反卷积方法II华中科技大学博士学位论文AbstractScintillationpulsescarrythemostoriginalinformationofevents.Thisthesisfocusesonthescintillationpulsemodelanditsapplicationontheprocessofscintill