PEM图像重建算法的研究及应用

【摘要】乳腺癌的早期诊断、早期治疗对于降低乳腺癌的死亡率起着重要作用。研究表明，正电子发射断层成像(PET)对于示踪剂具有极高的灵敏度，能够很好地实现肿瘤的高精度热源成像。但是使用全身PET，由于分辨率等原因而不适用于乳腺检测中。为此，学者们研制出了专门用于乳腺检测的PET扫描仪——正电子发射乳腺成像(PEM)。PEM的引入推动了乳腺肿瘤方面影像学的发展。在PEM的成像中，图像重建算法起着重要的作用。因此本文着重就PEM图像重建算法方面展开研究。本文的主要研究工作如下：(1)解析法重建：介绍了滤波反投影法的理论基础——Radon变换即傅里叶切片定理，推导出了滤波反投影法算法的重建方程，并介绍了详细地实现流程。然后以Shepp-Logan大脑图作为标准图像，分别在投影间隔为10o、5o、1o下实现图像的重建。结果表明，投影间隔越小成像越清晰。针对滤波反投影算法在抗噪能力上的欠缺，我们研究了添加窗函数对成像效果的影响。因此在添加0.1的泊松噪声之后，我们对比分析了滤波反投影法未添加和添加窗函数下的重建结果。结果表明添加窗函数之后，图像噪声降低，但同时因为图像高频成分同时被消除，因此整体成像效果也并不理想。(2)基于迭代法的图像重建：本章首先介绍了迭代法相关基本知识然后主要研究了代数(ART)迭代法、最大似然期望值法(MLEM)以及有序子集最大期望值法(OSEM)，并对三种方法的成像效果进行对比分析，结果表明，OSEM算法的性能优于ART以及MLEM算法。另外我们还研究了OSEM算法每个子集中包含的投影方向数对图像重建的影响，结果表明，在OSEM算法中每个子集中包含10个以内的投影方向数是比较合理的。同时针对实际数据中包含大量的噪声，我们还研究了存在噪声的情况下迭代次数对成像质量的影响。结果表明，在实际的图像重建中存在迭代次数的最佳值，具体的次数则需根据实际噪声的情况而定。(3)图像重建算法在PEM中的应用：本章进行了乳腺模型实验以及小鼠肿瘤实验来验证方法的有效性。在乳腺模型成像实验中，实现了三维数据的单层重组计算，然后分别利用解析法与迭代法实现图像的重建。结果表明解析法成像效果更好，迭代法相对成像不明显，但伪影较少。在小鼠肿瘤成像实验中，实现了三种重组方式，同样也是利用解析法和迭代法进行图像重建。从重组模式方面进行对比分析的话，在本文PEM的基础上，单层重组（SSRB）及傅里叶重组（FORE）两种重组方式的成像质量优于多层重组（MSRB）重组方式；从重建算法层面进行比较分析，无论是显像的清晰程度还是对噪声的抑制方面，迭代法都明显优于解析法。
【作者】凌杏红；
【导师】杨勇；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，模式识别与智能系统，2014，硕士
【关键词】PEM；图像重建；滤波反投影；迭代法；数据重组；

【参考文献】
[1]林美芳.深圳220kV水贝改造项目物资采购管理研究[D].北京交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[2]王丹丹.转K6转向架摇枕载荷谱测试与疲劳寿命评估[D].北京交通大学,2007.
[3]张亮,葛敏辉,毕晓亮,蒋一愚.电力调度大屏幕显示延迟问题研究与应用[J].电力系统自动化,2009,06:49-52.
[4]田天.PCIE2.0高速串行总线信号完整性分析[D].内蒙古大学,模式识别与智能系统,2014,硕士.
[5]刘永胜.完善我国集体劳动争议处理机制的研究[D].苏州大学,经济法学,2012,硕士.
[6]吴意嫣.高校公费医疗报销系统设计与实现[D].云南大学,软件工程,2012,硕士.
[7]张天福.双闭环可控硅直流控制系统动态参数调试[J].冶金自动化,1988,02:55-58.
[8]李青,陈丽,李涛.新型航空弹药保障数据仓库开发研究[J].装备指挥技术学院学报,2005,05:20-23.
[9]郭显金.工业机器人编程语言的设计与实现[D].华中科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[10]邱鲁阳.汉泰语中定语的语序差异及泰国学生汉语定语习得研究[D].浙江大学,2012.
[11]康艳戈.异质信念下的股票价格波动研究[D].哈尔滨工业大学,金融学,2014,硕士.
[12]兰晓敏.AutoCAD软件在牙槽骨评估中的应用研究[D].山西医科大学,口腔临床医学,2013,硕士.
[13]王远超.喷射式热泵强化集中供热的新型系统研究[D].大连理工大学,热能工程,2013,硕士.
[14]王冬霞,齐畅,周城旭,牛芳琳.二维DOA估计中麦克风阵列优化设计[J].大连理工大学学报,2015,01:.
[15]廖有才.格力电器内销渠道优化研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[16]陈敬友.瑶族“盘瓠传说”的文化学研究[D].湖南科技大学,文艺学,2013,硕士.
[17]包英夫.抗羊传染性脓疱病毒免疫球蛋白可变区多样性研究[D].吉林大学,基础兽医学,2014,硕士.
[18]杨思洛,关影.中外档案学科学者引证行为比较分析[J].档案学通讯,2014,01:23-30.
[19]赵伦.试析草根网络文化在建设文化强国中的地位[J].传播与版权,2015,01:138-139.
[20]贺军邦.“敦煌飞天”英语图文信息多模态语篇分析[D].兰州理工大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[21]吕艳梅.施肥对米粉稻主要品质性状影响的研究[D].湖南农业大学,作物栽培学与耕作学,2004,硕士.
[22]方圆.基于对象存储元数据管理策略的研究与实现[D].解放军信息工程大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[23]华亮,黄宇,丁立军,冯浩,顾菊平.Clifford代数空间上的三维多模医学图像配准[J].光电工程,2014,01:65-72.
[24]肖赛璐.西汉赋与《诗》学传统[D].河北师范大学,中国古代文学,2012,硕士.
[25]席加豪.增程式电动商用车总布置及控制策略研究[D].长安大学,车辆工程,2014,硕士.
[26]李昇平,柴天佑.一种自适应鲁棒控制方法及其闭环稳定性分析[J].自动化学报,1999,04:5-11.
[27]张进之.压力AGC系统参数方程及变刚度轧机分析[J].冶金自动化,1984,01:24-31.
[28]袁雪松.跨国公司海外R&D投资研究及启示[D].安徽大学,国际贸易学,2004,硕士.
[29]张丽伟.滨海旅游区旅游安全质量与管理体系研究[D].河北师范大学,人文地理学,2012,硕士.
[30]戴锋慧.Coping with Foreign Language Anxiety–From the Perspective of Learners[D].浙江大学,外国语言学及应用语言学,2004,硕士.
[31]蒋雍君.发光微生物传感器的构建及其在遗传毒性检测中的应用[D].江西农业大学,生物化学与分子生物学,2012,硕士.
[32]苏跃斌,郭进,郭瑞.基于幂图的属性约简[J].控制与决策,2014,04:743-747.
[33]端义锋,胡谷雨,丁力.序列模式挖掘在网络告警分析中的应用[J].北京邮电大学学报,2004,S2:157-161.
[34]杨银梅.陕西铜川方言研究[D].陕西师范大学,汉语言文字学,2004,硕士.
[35]岳东山.医药物流中心规划与设计的研究[D].武汉理工大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[36]李雨膏.LTV钢铁公司印第安纳州Harbor厂钢包冶金车间的过程控制[J].冶金自动化,1990,03:59-60.
[37]刁文淇.虚拟经济的宏观混沌性研究[D].辽宁大学,政治经济学,2012,硕士.
[38]赵磊.亲水性聚合物改性炭的制备及其超级电容性能研究[D].兰州理工大学,材料加工工程,2013,硕士.
[39]次菁菁.儿童图书营销策略研究[D].河北大学,出版,2014,硕士.
[40]宋樵.基于功率互补结构的两通道混合滤波器组设计[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2012,硕士.
[41]李越.动态比较优势与山西省出口商品结构实证研究[D].山西财经大学,国际贸易学,2013,硕士.
[42]谭克虎,张宇.欧洲高铁货运业务发展模式研究[J].中国铁路,2014,01:17-22.
[43]刘志刚.标准Web课件制作系统架构的研究[D].大连海事大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[44]赖龙波.毛泽东阶级斗争思想研究[D].华中师范大学,中共党史,2014,硕士.
[45]周骁腾.甘肃新丝路经济带向中亚国家开放的主导产业选择[D].兰州商学院,世界经济,2013,硕士.
[46]孙欣欣.我国房产税改革研究[D].河北经贸大学,税收制度与管理,2014,硕士.
[47]马进成.AB_5型金属氢化物及其反应器特性的研究[D].西北大学,化学工程,2014,硕士.
[48]邹淼.心理弹性对高中生挫折情境下记忆特点的影响[D].湖南师范大学,心理健康教育（专业学位）,2013,硕士.
[49]卢欣欢.aFGF对酒精致肝细胞损害保护作用的体外实验研究[D].广西医科大学,护理学,2013,硕士.
[50]庞旭民.新疆塔城市中小学教师职业压力现状、成因及对策研究[D].西北师范大学,教育,2003,硕士.