基于射线追踪算法的平板pet系统矩阵生成与性能分析

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1、爲麥縣觀峡善图硕±学位论文！．參Ｉ基于射线追踪算法的平板ＰＥＴ系统矩阵生成与性能分析Ｉ作者姓名许志蠢指导教师姓名．、职孫田捷教授申请学位类别工学硕±＇■＂＇西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谴的学风和优良的科学道德，本人声明所吊交的论文足我个人在导师指导Ｋ进巧的研究工作及取得的研巧成果。尽我所知，除了文中特别加Ｌ义巧注和致谢中所罗列的内容Ｗ外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果；也不包含？？为获巧西安电科技

2、大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一／。与我同工作的同韦对本研究所做的任何贡献巧己在论文中作了明确的说明并丧示了谢意。？？学位论文若有不实之处，本人承巧切法律责任。、乂本人猛名：心：Ａ日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明木人完金了解巧安电子科披大学巧关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期问论义Ｘ作的知识产权摇于西安电子科技大学。学校巧权保阐送交论义，、的沒印件允许瓷阀借閒论文；学校可Ｗ公布论义的全郁或部分内容，允许采用影印，、缩印或其

3、它复制手段保＃论丈。时时本人保证结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名带位为西安电子科技火学。化密的学位论义化年解密厉适用本授化书。ｆ．：广＂４．若本人签言名：马＿去＾采￣、￣￣＂导师签名：Ａ轉兴，峡；Ｊ＇厂一＊Ｕ巧］：衫化、ＶｋＵ期：心川＜３、皆学校代码10701学号1302121202分类号TP391密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于射线追踪算法的平板PET系统矩阵生成与性能分析作者姓名：许志鑫一级学科：控制科学与工程二级学

4、科：模式识别与智能系统学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：田捷教授学院：电子工程学院提交日期：2016年3月GenerationandPerformanceAnalysisoftheSystemResponseMatrixinDual-HeadPETbasedontheRay-tracingAlgorithmAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinPattern

5、RecognitionandIntelligentSystemsByZhixinXuSupervisor:JieTianProfessorMarch2016摘要摘要随着生物科技的发展，医学断层成像技术也日臻完善。正电子发射断层扫描(PositronEmissionTomography，PET)作为核医学领域中最重要的技术之一，在临床诊断中发挥着巨大的作用。在PET的断层图像重建中，由于图像的系统响应矩阵反映了从放射源分布到投影数据的数学关系，所以系统响应矩阵的质量对重建图像质量有着决定性的影响。因此系统矩阵

6、的计算是PET图像重建中最关键的一步。本文利用传统射线追踪算法以及平板PET系统的特点，对如何改进射线追踪算法进行了研究。实现了一种简单的基于线段加权的算法，分析了此算法的不足并使用细分的方法进行了优化。在文章的最后提出了一种基于射线追踪算法和蒙特卡罗方法的结合算法。本文工作主要分为以下几部分：(1)阐述了传统的射线追踪算法的原理，并介绍了几种优化算法。实现了一种基于线段加权的射线追踪算法，设计了一种系统响应矩阵的存储方式。分别以长方体仿体和点仿体对计算出的系统响应矩阵进行图像重建。(2)开展基于体素的细分

7、和基于探测器晶体细分的方法进行射线追踪算法优化研究。在分析中发现仅仅体素细分的重建图像会出现“颗粒”问题。为了解决“颗粒”问题并提高分辨率，研究的探测器晶体细分，设计并实现了多种基于晶体细分的系统矩阵生成方法。为了验证不同方案获得的系统矩阵的性能，开展了相应的仿真实验和物理仿体实验。实验结果表明，相比于未做细分以及单纯进行体素细分的方法，基于晶体细分的方法获得的系统矩阵具有更好的重建效果。(3)研究基于点扩散函数的方法提高射线追踪算法的系统响应矩阵的质量。首先采用射线追踪算法定位体素位置，然后提取了基于蒙特

8、卡罗方法的响应线的点扩散函数，最后通过点扩散函数进的卷积运算获得对应的系统响应矩阵。实验结果表明，通过该方案获得的系统响应矩阵与蒙特卡罗方法的系统响应矩阵近似，改善了原来的射线追踪算法的系统响应矩阵的质量。关键词：PET，系统响应矩阵，射线追踪算法，蒙特卡罗方法IABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofbiologicaltechnology,medicalimagingtechn