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《浙江大学》 2001年
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三维正电子放射断层成像理论及实现

赵凌云  
【摘要】: 由投影数据重建图像一直是国际学术界研究的热点之一。从最初的代数重 建技术,到广泛应用于实际中的滤波反投影算法。解析图像重建技术的广泛应 用并不是由于重建图像的质量,主要是由于算法结构简单,重建时间短,并且 易于用硬件实现。随着计算机技术的发展,高性能的计算机成本快速下降,计 算速度已经不再是衡量成像方法实用性的主要因素,重建图像的质量成为主要 依据。能产生更好重建效果的迭代图像重建技术又成为研究的重点,并且被逐 步应用到实际中。这一时期的研究重点转为以单目标优化为基础的成像方法研 究,发展出了一批优秀的单目标优化重建技术。其中典型的有基于传统最小二 乘估计的最小二乘重建,基于信息论理论的最大熵重建和最小交叉熵重建,针 对PET成像统计特性的最大似然重建和最大后验(贝叶斯)重建等。许多学者 又在这些基本单目标优化重建技术的基础上,进一步完善目标函数,引进各种 约束条件和惩罚函数,以改善重建质量;另一些学者侧专注于研究重建技术的 快速实现,如有序子集迭代和各种并行实现算法。由汪元美教授率先提出的多 准则图像重建则彻底打破了单目标优化的约束,使图像重建技术进入了一个新 的境界。多准则图像重建理论指出了图像重建的目标不是寻求一个不可能的唯 一解,而是在多准则优化条件下的非劣解集中寻找一个折衷解。多准则图像重 建理论将传统的单目标图像重建技术统一在一个理论框架中,为图像重建的发 展提供了理论基础。 常规的图像重建技术通常都是基于二维成像模型,也就是二维重建。与传 统的X-线CT不同,PET的物理性质决定了其三维重建的特点。首先,PET中 衰变产生的正电子的运动方向是三维的;其次,由于PET检测中放射源的强度 有限,必须采用三维扫描模式提高检测的灵敏度,提高信号强度。所以,人们 已经认识到必须充分利用PET的三维投影数据才能得到更好的PET重建图像, 并发展出了各种将投影数据转变为二维投影数据的插值和排序的算法,以求尽 可能利用已有的二维图像重建技术进行PET重建,也就是伪三维重建。但这类 重建技术不可避免地降低了投影数据的效率,并且在处理成二维投影数据中引 。。、.t4ha。、,。_:。:_。朽d一_。。、、。,一,:。:》_。-。二:-;-:。一-;_-i,-;;/’-士X《S吁毅憋熟上了二>”\吁:_ 浙江大学博士学位论文 入新的误差和噪声。 本文的主要目标是建立真实的三维PET投影模型,并在此基础上实现真三 维模式下的向量优化为基础的图像重建方法,并探讨真三维的成像算法。论文 主要分四部份来阐述我们的工作。第一部份通过对PET成像的物理基础和扫描 仪几何结构的分析,说明了 PET成像的基本问题和三维模式的特点,建立了真 三维PET投影模型。第二部份重点阐述了典型的单目标迭代图像重建技术的原 理及在真三维模型下的实现。通过对典型算法的分析可以充分了解以单目标优 化为基础的图像重建技术的出发点和主要形式。第三部份则重点阐述以向量优 化为基础的图像重建理论和实现。首先我们给出了向量优化的基础理论和求解 非劣集的主要方法。然后,我们给出了图像重建的向量优化问题的数学模型, 确定了图像重建与向量优化在理论上的联系。我们讨论了单目标重建的一些基 本目标函数,并且利用这些目标函数,运用向量优化理论形成了新的真三维多 目标图像重建方法。在第四部份,我们对本章所讨论的10种图像重建方法进行 了模拟实现和结果比较。我们详细讨论了三维模式计算机实现的模拟方法和参 数选择,并对重建结果进行了高清晰三维显示和成像质量分析。实验的结果表 明,我们的真三维成像模型同样适合常规的重建技术,而以向量优化为基础的 多准则图像重建比单目标图像重建产生更好的图像重建结果。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:R312

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘祎;桂志国;;带有松弛因子和惩罚项的最小二乘PET图像重建[J];中国生物医学工程学报;2011年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 董向元;电容成像技术在热物理量测量中的应用研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
2 马艺闻;面向早期乳腺癌检测的时域扩散光学方法研究[D];天津大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘维;用于乳腺扩散光学层析成像的多通道光子计数系统的设计[D];天津大学;2007年
2 方海梅;微波时空波束赋形成像技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李晶;谷彩连;;小电流接地系统单相接地故障选线的算法研究[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2008年01期
2 余嵘华;索末菲量子化条件的应用与工科物理量子论的教学[J];安徽教育学院学报;2003年03期
3 王明美;;原子基态的周期性[J];安徽教育学院学报;2006年06期
4 朱哲;钟伟红;;非平稳随机信号分析处理方法研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2008年06期
5 高清维,程玉林,明军;信号子带分解和重构的小波滤波器系统及边界处理[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年04期
6 王祥信;用递推法计算锂原子的能量[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年03期
7 吉跃仁;Larmor旋进与“附加能量”[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2002年03期
8 魏健文;多电子原子Thomas修正探讨[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2003年03期
9 樊嘉禄;莫塞莱和他的X射线标识谱研究[J];安徽师大学报(自然科学版);1997年04期
10 温吉华;关于氦原子1s2_P~3P能级次序的讨论[J];安徽教育学院学报(自然科学版);1999年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 章大勇;吴文启;吴美平;;低成本MEMS-IMU/GPS组合导航的自适应滤波器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 刘琨;林乐科;康士峰;赵振维;朱庆林;陈祥明;李建儒;;地基单站GNSS在电波环境折射修正中的应用[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S01北斗/GNSS导航应用[C];2012年
3 陈丽;吴仁彪;卢丹;;一种加权的直接解算GPS定位算法[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S07北斗/GNSS用户终端技术[C];2012年
4 曾朝阳;贾鑫;张晓永;;线性调频连续波激光雷达测量方法研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 陈晓清;马君国;赵宏钟;付强;;基于二维小波变换的激光成像雷达目标识别算法[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
6 汤辰;毕传兴;徐亮;;球阵列在近场声源识别中的应用[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
7 蒋瑜;陈循;陶俊勇;;非高斯随机振动试验控制技术研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
8 刘远东;尹益辉;;基于多目标优化的螺栓-法兰连接结构尺寸设计[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
9 李震宇;王秀波;;舰船噪声测量现场实时监测系统[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
10 章林柯;何琳;江涌;;基于盲源分离的潜艇源识别信号去除干扰研究[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
2 殷复莲;同步CDMA系统NBI识别及抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 吴冬梅;基于达芬振子的微弱信号检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 武心安;未知环境下自主式水下潜器路径规划问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 邓志鑫;基于因子图消息传递算法的伪码快速捕获方法[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 朱广平;混响干扰中的信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 刘文海;水下被动目标瞬态特征检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 宫宇;基于STBC-OFDM技术的海上移动通信新框架体系的研究[D];大连海事大学;2010年
10 苏晓宏;海杂波的特性分析与目标检测处理[D];大连海事大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李锦;基于声波的运动车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
2 黄正荣;基于振动波的高速公路车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
3 张亮;基于小波变换与希尔伯特黄变换的心音信号分析[D];山东科技大学;2010年
4 陈磊;激光测风雷达回波信号处理技术的研究[D];长春理工大学;2010年
5 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
6 张力淼;农村电力网规划计算机辅助设计系统的研究[D];郑州大学;2010年
7 蒋静;基于子空间的二阶统计量盲信道辨识算法研究[D];郑州大学;2010年
8 李卫鹏;正交小波变换支持向量数据描述方法在故障诊断中的应用研究[D];郑州大学;2010年
9 陈欣欣;基于CT图像的血管分割[D];郑州大学;2010年
10 郑宁;离散分数阶Fourier变换算法的仿真研究及FPGA实现[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孔慧华;潘晋孝;;序列子集联合代数重建技术[J];CT理论与应用研究;2008年02期
2 邵富群,高彦丽,章勇高,邓丽琴;利用ECT传感器获取高炉块状区物料分布信息[J];东北大学学报;2002年11期
3 邵富群,高彦丽,章勇高,杨景辉;考虑交互作用的ECT传感器的分析和优化[J];东北大学学报;2003年02期
4 孟颖;;医学CT图像的改进阈值分割算法研究[J];电脑学习;2008年04期
5 吴学成,程乐鸣,王恩宇,骆仲泱,岑可法;多孔介质中的预混燃烧发展现状[J];电站系统工程;2003年01期
6 马宁,苏祥芳;基于电路网络理论的电容层析成像方法[J];电子学报;2000年01期
7 刘仁学,金锋,陆增喜,王师;高炉喷吹煤粉总管质量流量的在线连续测量[J];钢铁;2000年01期
8 张丽敏;和慧园;高峰;赵会娟;;荧光分子层析中的全时间分辨图像重建法[J];光学学报;2008年07期
9 杨芳;马艺闻;高峰;赵会娟;;一种基于多级小波域分解的时域扩散光学层析成像方法的研究[J];光学学报;2008年08期
10 孙斌,张宏建,岳伟挺;HHT与神经网络在油气两相流流型识别中的应用[J];化工学报;2004年10期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黎海涛;超宽带雷达关键技术研究[D];电子科技大学;2000年
2 胡净;脑磁逆问题中的磁源重建算法研究[D];浙江大学;2002年
3 石惠娴;循环流化床流动特性PIV测试和数值模拟[D];浙江大学;2003年
4 王海刚;旋风分离器中气—固两相流数值计算与实验研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2003年
5 阎春生;光纤过程层析成像技术研究[D];清华大学;2003年
6 高欣;新型迭代图像重建算法的理论研究和实现[D];浙江大学;2004年
7 朱学明;电容层析成像技术的图像重建算法研究[D];天津大学;2004年
8 余金华;电阻层析成像技术应用研究[D];浙江大学;2005年
9 谢代梁;电容层析成像技术在两相流参数检测中的应用研究[D];浙江大学;2005年
10 周健;正电子发射断层的图像重建方法研究[D];东南大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 严晓芳;雷达回波数据的压缩[D];合肥工业大学;2002年
2 郑事隽;UWB近场环境下乳腺肿瘤的成像方法研究[D];华东师范大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 刘靖;姜凡;孙猛;刘石;;非闭合电极电容层析成像传感器的设计及实验研究[J];传感技术学报;2007年09期
2 刘靖;刘石;姜凡;雷兢;孙猛;;基于均匀设计及非线性偏最小二乘法的非闭合电极ECT传感器参数优化设计[J];高技术通讯;2008年01期
3 刘靖;姜凡;雷兢;刘长春;李志宏;刘石;;非闭合电极电容传感器在电容层析成像中的应用[J];仪表技术与传感器;2007年11期
4 刘靖;刘石;雷兢;孙猛;姜凡;;非闭合电极电容层析成像传感器参数优化方法[J];应用基础与工程科学学报;2008年02期
5 刘靖;刘石;姜凡;雷兢;李志宏;;非闭合电极电容层析成像传感器的敏感场计算及仿真成像研究[J];仪器仪表学报;2007年09期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 陈宇;电容层析成像反问题求解及图像重建算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 阮平巧;基于形状的扩散光学层析成像理论与技术研究[D];天津大学;2010年
3 张小玉;碳纤维智能层的特性及其场域监测[D];武汉理工大学;2007年
4 孙猛;稀疏气固两相流经旋流浓集的电容层析成像测量[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2008年
5 律德财;基于高压交流激励电容层析成像系统研究[D];东北大学;2010年
6 张成联;基于电容的浓缩机絮凝沉降检测分析系统的研究[D];中国矿业大学(北京);2012年
7 王泽璞;电容层析成像图像重建与气力输送两相流可视化测量研究[D];华北电力大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 侯少华;用于漫射光层析成像的数字锁相检测技术研究[D];天津大学;2010年
2 李瑞超;光子计数模式动态漫射光层析系统的研究[D];天津大学;2010年
3 赵媛;基于广义矢量模式匹配算法的ECT系统设计及应用[D];燕山大学;2011年
4 刘雯卿;MRI辅助提高扩散光学断层成像质量的研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 王婷婷;时域非接触型空间光扫描近红外光学层析成像系统研究[D];天津大学;2012年
6 张义贵;微尺度多孔介质中燃烧的电容层析成像应用研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2008年
7 凌鹏涛;基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量机理与实验[D];华南理工大学;2012年
8 马文娟;基于辐射传输方程高阶球谐近似模型的时域DOT/FDOT成像方法研究[D];天津大学;2012年
9 郝铎;基于对偶灵敏度场和人工蜂群算法的ECT图像重建算法研究[D];辽宁大学;2013年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马佳宁,崔文成;图像重建技术在CT诊断中的作用[J];黑龙江医学;1999年01期
2 门长山,张方兰,刘建民,曹玉德;鼻骨螺旋CT扫描及图像重建技术在法医学中的应用[J];法律与医学杂志;2005年02期
3 商雪林;马飞勇;何瑾;李松明;;多层螺旋CT图像重建技术的应用与探索[J];医疗卫生装备;2006年04期
4 霍现英;袁矿生;苗洁;贺敬峰;何云霞;;螺旋CT图像重建技术在外伤骨折诊断中的应用[J];山东医药;2008年17期
5 刘忠翔;张书旭;余辉;张海南;林生趣;;基于Cine扫描的4D-CT图像重建系统设计研究[J];医疗装备;2010年08期
6 郝爱国;华敬亮;马玉;于峰;;多层螺旋CT图像重建在肋骨骨折伤残鉴定的应用[J];山东医药;2010年45期
7 刘永华,曾祥阶,田志梁;肺部CT图像重建技术的临床应用[J];现代医用影像学;1995年03期
8 云浩,赵碧华,孙文才;螺旋CT原理、技术特点及临床应用[J];医疗装备;2003年09期
9 曾晖;孙腊珍;汪晓莲;;CT计算机断层扫描成像实验[J];物理实验;2008年12期
10 张丽;高河伟;邢宇翔;陈志强;程建平;;直线轨迹扫描断层成像中的图像重建与恢复方法[J];中国体视学与图像分析;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 刘强;;发射计算机断层照相(ECT)的图像重建技术[A];图像 仿真 信息技术——第二届联合学术会议论文集[C];2002年
2 陈博洋;郭强;谷松岩;;气象卫星遥感图像的超分辨率重建研究[A];第28届中国气象学会年会——S1第四届气象综合探测技术研讨会[C];2011年
3 宫伟力;李晨;;煤岩结构多尺度各向异性特征的SEM图像分析[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
4 刘凯;柳澄;陈青华;巩若箴;夏冰;;颞骨HRCT各向同性的研究[A];首届全国功能神经影像学和神经信息学研讨会论文汇编[C];2003年
5 姚玉平;赵晋华;汪太松;;Philips Astonish图像处理技术在骨断层重建上的优越性[A];中华医学会第九次全国核医学学术会议论文摘要汇编[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 蒋瑾;CT机的绿色革命[N];健康报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 赵凌云;三维正电子放射断层成像理论及实现[D];浙江大学;2001年
2 李轶;基于步态与人脸融合的远距离身份识别关键技术研究[D];天津大学;2011年
3 刘萍;正常女性骨盆数字化三维重建的研究[D];南方医科大学;2012年
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1 孙启权;视频监控系统中的图像重建技术研究[D];杭州电子科技大学;2012年
2 侯传勇;基于投影域降噪的低剂量CT图像重建技术研究[D];中北大学;2013年
3 邓建青;机载光电成像超分辨率图像重建技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
4 宁秀坤;真三维ECT图像重建技术研究[D];沈阳工业大学;2011年
5 张蓓蓓;超分辨率图像的重建[D];西安理工大学;2010年
6 张新萍;医学序列图像快速聚类算法与CT图像重建技术应用研究[D];山东大学;2012年
7 荆博;超分辨率图像重建的研究[D];北京工业大学;2013年
8 郗慧琴;超分辨率图像重建技术的研究[D];北京工业大学;2013年
9 康燕妮;关于超分辨率图像重建的配准方法研究[D];昆明理工大学;2010年
10 曹昆;基于Contourlet变换的图像超分辨率重建算法研究[D];西安电子科技大学;2010年
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