【摘 要】
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全身PET扫描系统的出现给PET的发展带来了无限可能,探测器时间分辨率的提升也使得PET图像质量有极大的提升,但与此同时也给PET制造和图像重建带来了以下挑战:（1）PET系统响应线数量会随着PET系统轴向视野增加呈平方倍数增加,导致使用现有的基于射线遍历的重建算法进行长轴PET图像重建非常耗时。（2）TOF（Time-of-Flight）信息的引入使PET重建计算量增加,内存消耗增加,而且随着时
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全身PET扫描系统的出现给PET的发展带来了无限可能,探测器时间分辨率的提升也使得PET图像质量有极大的提升,但与此同时也给PET制造和图像重建带来了以下挑战:（1）PET系统响应线数量会随着PET系统轴向视野增加呈平方倍数增加,导致使用现有的基于射线遍历的重建算法进行长轴PET图像重建非常耗时。（2）TOF（Time-of-Flight）信息的引入使PET重建计算量增加,内存消耗增加,而且随着时间分辨率的增加,TOF-PET图像重建会加剧计算资源的消耗。（3）长轴PET系统需要更多数量的晶体探测器导致制造成本大幅上升。针对以上挑战,本文开展了对TOF-PET图像快速重建算法以及稀疏探测器PET系统的研究,主要包括以下几方面内容:（1）使用GPU实现基于图像矩阵遍历的TOF-PET快速重建算法框架DIRECT（Direct Image Reconstruction for TOF）,使该框架能处理随空间位置变化的系统核函数,并利用数据的稀疏性对其正投影过程进行优化,使用基于图像矩阵遍历的DIRECT算法框架,重建时间不会因为射线数量增加而增加,可以较好适应长轴PET系统的重建。（2）使用GATE仿真具有不同时间分辨率的PET系统数据并在DIRECT框架下进行重建,分析和验证了时间分辨率的提升对图像重建的影响,在DIRECT框架下,时间分辨率提升可以提高重建图像的信噪比,也会加快重建速度。（3）提出使用具有高时间分辨率的晶体探测器组成稀疏探测器结构PET系统,利用时间分辨率的提高对PET图像质量的提升可以弥补因稀疏探测器结构的灵敏度下降带来的图像质量损失,使稀疏探测器结构PET系统能够获得与传统密集排布探测器系统相当的图像质量,本文通过GATE仿真实验对以上猜想进行了验证。与密集排布探测器结构PET系统相比,稀疏探测器系统可以将使用晶体探测器数量减少一半,大幅降低制造成本,或者使用相同数量的晶体探测器,将原来的PET系统轴向延长一倍可以获得低成本长轴稀疏探测器PET系统。
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