PET成像：物理與算法

目錄
前言
第一部分 PET成像概述
第1章 緒論 3
1.1 PET成像的歷史回顧 3
1.2 PET成像的特點 5
第2章 PET成像原理 10
2.1 PET成像的生化原理 10
2.2 正電子湮滅的物理機制 11
2.3 正電子湮滅的探測 12
2.4 PET成像的數(shù)學(xué)原理 12
第二部分 PET成像技術(shù)基礎(chǔ)
第3章 原子核的基本性質(zhì) 17
3.1 模型和結(jié)構(gòu) 17
3.1.1 原子模型和原子結(jié)構(gòu) 17
3.1.2 原子核結(jié)構(gòu)和原子核基本特性 17
3.1.3 核外電子與元素周期表 17
3.2 能級 19
3.2.1 原子的能級 19
3.2.2 原子核的能級 19
3.3 原子核的結(jié)合能 20
3.3.1 質(zhì)能聯(lián)系定律 20
3.3.2 質(zhì)量虧損與質(zhì)量過剩 21
3.3.3 結(jié)合能 23
3.3.4 比結(jié)合能曲線 23
3.3.5 原子核昀后一個核子的結(jié)合能 24
第4章 放射性衰變和衰變規(guī)律 26
4.1 核輻射的主要類型 26
4.1.1α輻射 26
4.1.2β輻射 26
4.1.3γ輻射 29
4.2 放射性衰變的基本規(guī)律 32
4.2.1 單一放射性指數(shù)衰減規(guī)律 32
4.2.2 衰變常數(shù)、半衰期、平均壽命和衰變寬度 33
4.2.3 放射性的活度和單位 36
第5章 γ射線與物質(zhì)的相互作用 38
5.1 輻射與物質(zhì)的相互作用概述 38
5.1.1 輻射的分類 38
5.1.2 帶電粒子與靶物質(zhì)原子的碰撞過程 39
5.1.3 帶電粒子在物質(zhì)中的能量損失 41
5.2γ射線與物質(zhì)相互作用原理 42
5.2.1 光子與物質(zhì)的三種主要作用機制 43
5.2.2γ射線窄束的衰減規(guī)律 58
5.3 輻射探測中的統(tǒng)計學(xué) 60
5.3.1 核衰變和放射性計數(shù)的統(tǒng)計分布 60
5.3.2 放射性測量的統(tǒng)計誤差 72
5.3.3 帶電粒子在介質(zhì)中電離過程的統(tǒng)計漲落 79
第6章 示蹤劑及示蹤動力學(xué)模型 83
6.1 正電子放射性同位素 83
6.2 示蹤動力學(xué)模型 88
第三部分 PET成像信號探測、采集與處理
第7章 PET成像系統(tǒng)概述 95
7.1 PET成像系統(tǒng)的計算機模擬 95
7.1.1 探測器構(gòu)造和數(shù)學(xué)模型 95
7.1.2 計算機程序?qū)崿F(xiàn) 97
7.1.3 結(jié)果和討論 97
7.1.4 結(jié)論 100
7.2 PET成像系統(tǒng)的參數(shù) 100
第8章 PET探測器 104
8.1 閃爍探測器的基本工作原理 104
8.2 閃爍體 105
8.2.1 無機閃爍體 105
8.2.2 有機閃爍體 111
8.3 閃爍體的發(fā)光機制 113
8.4 PET探測器對閃爍晶體的要求 115
8.4.1 閃爍晶體材料概述 115
8.4.2 閃爍晶體的物理特性要求 116
8.4.3 閃爍晶體的幾何特性要求 121
8.4.4 閃爍體的封裝與光的收集 122
8.5 閃爍探測器的輸出 124
8.5.1 閃爍探測器的輸出回路及信號形成的物理過程 124
8.5.2 閃爍探測器的輸出信號 126
8.5.3 閃爍探測器輸出信號的漲落 130
8.6 閃爍γ譜學(xué)及閃爍探測器的主要性能 131
8.6.1 單能帶電粒子的脈沖幅度譜 131
8.6.2 單能γ射線的脈沖幅度譜 132
8.6.3 單晶γ譜儀的性能指標 137
8.7 閃爍晶體的性能測量技術(shù) 143
8.7.1 光輸出量和能量分辨率 143
8.7.2 符合時間分辨率 144
8.7.3 閃爍衰減時間 144
8.7.4 閃爍晶體的固有空間分辨率 145
8.8 閃爍晶體性能測量及優(yōu)化 145
8.8.1 閃爍晶體的性能測量 145
8.8.2 閃爍晶體的性能優(yōu)化 146
第9章 PET用深度編碼探測技術(shù)研究 150
9.1 PET探測器研究現(xiàn)狀 150
9.1.1 普通型PET探測器研究現(xiàn)狀 150
9.1.2 帶有DOI信息的PET探測器研究現(xiàn)狀 152
9.2 位置靈敏型光電倍增管研究 155
9.2.1 薄玻璃端窗的作用 156
9.2.2 位置響應(yīng) 158
9.2.3 新型PS-PMT的性能測試 158
9.3 新型DOI探測器理論及其設(shè)計 162
9.3.1 新型DOI探測器性能優(yōu)化 163
9.3.2 分析方法 164
9.3.3 結(jié)果和討論 164
9.4 新型DOI探測器性能測試 167
9.4.1 DOI探測器設(shè)計 167
9.4.2 晶體鑒別 167
9.4.3 能量分辨率 168
9.4.4 時間分辨率 169
9.4.5 符合響應(yīng)函數(shù) 171
9.4.6 討論 173
9.4.7 結(jié)論 174
第10章 PET成像數(shù)據(jù)校正 175
10.1 數(shù)據(jù)校正概述 175
10.2 基于蒙特卡羅方法的PET散射特性分析及散射校正 177
10.2.1 散射校正方法概述 177
10.2.2 蒙特卡羅模擬在ECT成像系統(tǒng)中的應(yīng)用 180
10.2.3 基于蒙特卡羅方法的PET散射特性分析 182
10.2.4 基于單散射模擬法的PET散射校正方法 193
10.2.5 散射校正的效果及在實際中的應(yīng)用 197
第11章 圖像重建 202
11.1 PET圖像數(shù)據(jù)格式 202
11.2 數(shù)據(jù)重組 203
11.3 系統(tǒng)模型 205
11.4 統(tǒng)計方法重建 206
11.4.1 正則化重建 207
11.4.2 解剖信息約束的統(tǒng)計重建方法 208
11.5 優(yōu)化算法 209
11.6 稀疏表達 211
11.6.1 稀疏編碼 211
11.6.2 字典學(xué)習(xí) 213
11.6.3 稀疏編碼和字典學(xué)習(xí)在醫(yī)學(xué)圖像中的應(yīng)用 215
第12章 基于稀疏表達和字典學(xué)習(xí)方法的PET圖像重建 219
12.1 問題背景 219
12.2 問題描述 219
12.2.1 PET成像數(shù)學(xué)模型 219
12.2.2 稀疏懲罰項 220
12.3 實驗驗證 224
12.3.1 蒙特卡羅模擬實驗 225
12.3.2 病變區(qū)域可探測性 225
12.3.3 真實數(shù)據(jù) 228
12.3.4 參數(shù)分析 229
12.3.5 字典 231
12.3.6 實驗總結(jié) 233
第四部分 PET成像技術(shù)未來發(fā)展
第13章 切連科夫光成像 237
13.1 切連科夫輻射基本介紹 237
13.2 基于切連科夫光的雙示蹤劑成像蒙特卡羅模擬 239
第14章 多示蹤劑PET成像 248
14.1 雙示蹤劑PET成像 248
14.1.1 雙示蹤劑PET成像放射性濃度分離 249
14.1.2 實驗分析 251
14.2 動力學(xué)參數(shù)引導(dǎo)的多示蹤劑放射性濃度的同時估計 256
14.2.1 PET圖像動態(tài)重建與平行房室模型 257
14.2.2 狀態(tài)空間表述及重建求解過程 260
14.2.3 結(jié)果分析及討論 262
14.2.4 結(jié)論 269
參考文獻 270