基于协同进化遗传算法的pet图像重建研究

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1、学校代码10459学号或申请号201312131601密级硕士学位论文基于协同进化遗传算法的PET图像重建研究作者姓名：郑喜艳导师姓名：赵书俊教授学科门类：工学专业名称：核技术及应用培养院系：物理工程学院完成时间：2016年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyofPETImageReconstructionAlgorithmBasedOnCo-evolutionGeneticAlgorithmByXiyanZhengS

2、upervisor:Prof.ShujunZhaoNuclearTechnologyandApplicationsPhysicalEngineeringCollegeApril2016学位论文原创性声明：所呈交的学位论，是本人在导师的指导下本人郑重声明文，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：＾曰期：批ｆ月甲

3、学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。、根据郑州大学有关保留使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部口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郑州；大学可将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时一，第署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者；雄

4、种）日期：公）年＾月ｊｚ日１（ｊ摘要摘要正电子发射断层成像（PET）技术是当今医学领域最先进的核医学成像技术之一，也是连接分子生物学和临床医学的桥梁。PET图像能够同时反映活体组织的解剖形态和功能代谢情况，在分子水平上定量显示生物体生理、生化过程，图像信息丰富，是现代核医学领域研究的热点。图像重建算法是PET的核心技术，算法对重建图像的质量有着重要的影响。PET图像重建是通过采集大量的符合探测事件，反演出放射性核素在组织内浓度分布情况，从而获取组织功能陈代谢情况，用于进行病理分析。由于采集数据的不完备

5、性，使得该过程在数学上具有不适定性。本文首先阐述了PET的成像原理以及数据采集，然后论述了两种主要的重建算法有解析法和迭代法。迭代算法的实质是基于某种准则下，对估计图像进行反复修正迭代的过程，能够在迭代的过程中加入各种先验知识和约束条件，相较解析重建法的理想数学模型，迭代算法重建图像质量更好，精度更高。协同进化遗传算法是近几年来新兴起的计算机智能研究热点，该算法具有很强的自适应搜索能力和渐进学习能力，能够有效克服传统遗传算法的早熟和收敛速度慢的问题。本文将协同进化遗传算法应用于PET的图像重建中，建立算法模型

6、，引入边际贡献率的概念实现个体的适应度评价，并对遗传算法的遗传算子进行优化，采用仿真数据进行协同进化的断层重建，初步完成图像的重建，结果表明该算法在PET图像重建中是有效的。由于该算法在重建中不需要系统传输矩阵和复杂的数学计算，因此可以高效利用计算机资源，是一种比较有前途的重建算法。本文的研究中，图像重建的数据通过GATE仿真获取。GATE是在Gent4基础上开发的一款用于模拟PET和SPECT成像过程的专业仿真软件。本次PET仿真实验中，以cylindricalPET系统模块为原型，设置单环64个探测模块的

7、PET扫描仪，完成PET成像过程的仿真，以ASCII码格式输出仿真数据，用于图像的重建，对协同进化遗传算法的可行性进行验证。关键词：正电子发射断层；图像重建；遗传算法；协同进化；GATE仿真IAbstractAbstractPositronemissiontomography(PET)technologyisthemostadvancedmedicalimagingtechniqueinthefieldofnuclearmedicine,andisthebridgebetweenmolecularbiolog

8、yandclinicalmedicine.TheinformationofPETimagesisrich.Itcanreflecttheanatomicalstructureandmetabolismoflivingtissue,aswellasdisplayorganismphysiologicalandbiochemicalprocessesatthemolecularlevel.Inthepr