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(jiǎn)稱ECT)可分為正電子發(fā)射斷層成像(positronemissiontomography，簡(jiǎn)稱PET)，以及單光子發(fā)射斷層成像(singlephotonemissioncomputedtomography，簡(jiǎn)稱SPECT)兩大類，它借助放射性核素標(biāo)記的分子探針對(duì)活體生物體內(nèi)的生化過(guò)程進(jìn)行顯像，是功能分子影像技術(shù)的杰出代表。其圖像信息的可靠性與準(zhǔn)確性，對(duì)于疾病的診斷及基

2、本生命過(guò)程的認(rèn)知與了解都至關(guān)重要。 本文從ECT成像技術(shù)最根本的任務(wù)——圖像重建方法出發(fā)，對(duì)ECT系統(tǒng)的衰減校正方法、系統(tǒng)性能測(cè)試與定標(biāo)等方面，進(jìn)行了一系列新的嘗試，論文的主要貢獻(xiàn)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(gòu)下，一方面，從本質(zhì)上解決了以往重建方法中對(duì)統(tǒng)計(jì)特性的假定與實(shí)際情況不符的固有難題，另一方面，通過(guò)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(guān)聯(lián)起來(lái)，從而把靜態(tài)PET圖像重建問(wèn)題與動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)納入統(tǒng)一的計(jì)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(chǔ)上，將ECT的衰減系數(shù)分布納入狀態(tài)變量中，并在測(cè)量方程中考慮衰減效應(yīng)，通過(guò)增強(qiáng)的狀態(tài)空間模型實(shí)現(xiàn)衰減系數(shù)分布與放射性濃度分布的聯(lián)合估計(jì)，為解決ECT重建尤其是SPECT圖像重建中的衰減校正問(wèn)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(guò)

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(quán)的最小二乘估計(jì)框架，將控制與信號(hào)估計(jì)領(lǐng)域中的魯棒估計(jì)器與PET最小二乘重建體系結(jié)合，開辟了PET圖像魯棒重建的新思路，該框架在系統(tǒng)擾動(dòng)下能夠給出穩(wěn)定的重建結(jié)果，因而更加適于具有復(fù)雜系統(tǒng)響應(yīng)的ECT圖像重建問(wèn)題。 四、結(jié)合臨床PET性能測(cè)試的方法與實(shí)踐，自行設(shè)計(jì)了用于小動(dòng)物PET性能測(cè)試與定標(biāo)的測(cè)量模型、實(shí)驗(yàn)方法以及數(shù)據(jù)分析的方法與工具，并對(duì)大陸首臺(tái)microPET系