基于狀態(tài)空間理論的ECT圖像重建.pdf

1、發(fā)射斷層成像(emissioncomputedtomography，簡稱ECT)可分為正電子發(fā)射斷層成像(positronemissiontomography，簡稱PET)，以及單光子發(fā)射斷層成像(singlephotonemissioncomputedtomography，簡稱SPECT)兩大類，它借助放射性核素標記的分子探針對活體生物體內的生化過程進行顯像，是功能分子影像技術的杰出代表。其圖像信息的可靠性與準確性，對于疾病的診斷及基

2、本生命過程的認知與了解都至關重要。 本文從ECT成像技術最根本的任務——圖像重建方法出發(fā)，對ECT系統(tǒng)的衰減校正方法、系統(tǒng)性能測試與定標等方面，進行了一系列新的嘗試，論文的主要貢獻如下： 一、首次建立了PET與SPECT圖像重建的狀態(tài)空間體系，并給出了基于H∞理論的魯棒求解方法。在該體系架構下，一方面，從本質上解決了以往重建方法中對統(tǒng)計特性的假定與實際情況不符的固有難題，另一方面，通過廣義的系統(tǒng)狀態(tài)空間表述，可以將房室模

3、型與狀態(tài)方程關聯起來，從而把靜態(tài)PET圖像重建問題與動力學參數估計納入統(tǒng)一的計算框架下。 二、在建立ECT(包括PET/SPECT)圖像重建的狀態(tài)空間體系基礎上，將ECT的衰減系數分布納入狀態(tài)變量中，并在測量方程中考慮衰減效應，通過增強的狀態(tài)空間模型實現衰減系數分布與放射性濃度分布的聯合估計，為解決ECT重建尤其是SPECT圖像重建中的衰減校正問題提供了嶄新的思路，建立了定量分析SPECT圖像的新策略。 三、首次在重建過

4、程中引入系統(tǒng)模型的不確定性，建立了PET圖像系統(tǒng)不確定性懲罰加權的最小二乘估計框架，將控制與信號估計領域中的魯棒估計器與PET最小二乘重建體系結合，開辟了PET圖像魯棒重建的新思路，該框架在系統(tǒng)擾動下能夠給出穩(wěn)定的重建結果，因而更加適于具有復雜系統(tǒng)響應的ECT圖像重建問題。 四、結合臨床PET性能測試的方法與實踐，自行設計了用于小動物PET性能測試與定標的測量模型、實驗方法以及數據分析的方法與工具，并對大陸首臺microPET系