PET探測(cè)器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位方法研究.pdf

1、PET中高能γ光子的探測(cè)是圖像重建過程中最基本、最重要的步驟。由閃爍體上光電倍增管輸出的電脈沖來精確估算入射光子位置坐標(biāo)的能力意味著能夠得到高的位置探測(cè)分辨率和更精確的圖像重建結(jié)果。 本論文利用Geant4軟件開發(fā)包模擬實(shí)現(xiàn)了閃爍光的探測(cè)過程，在此基礎(chǔ)上研究了一種新的光探測(cè)算法——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。論文的主要目的是為了證明在實(shí)際PET中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位方法估算高能γ光子的位置是可行的，同時(shí)也展示了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位算法相對(duì)于傳統(tǒng)的光探測(cè)算

2、法的優(yōu)勢(shì)所在。 從我們得到仿真結(jié)果可以看出，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位算法能夠取得很好的位置分辨率，并且能夠解決光探測(cè)中邊緣效應(yīng)和非垂直入射效應(yīng)引起的分辨率變壞的問題。論文的主要內(nèi)容包括以下七個(gè)章節(jié)： 第一章緒論，主要介紹PET的基本概念和如何將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位方法應(yīng)用在PET探測(cè)器上，同時(shí)介紹了前人的研究工作，概括性的說明光探測(cè)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。 第二章介紹了PET研究中的基本問題——光探測(cè)技術(shù)，描述了其中涉及到的物理過程和它們的

3、數(shù)學(xué)模型，并由此引出了光探測(cè)技術(shù)的傳統(tǒng)探測(cè)算法——Anger公式算法，在此基礎(chǔ)上提出本文采用的新的光探測(cè)方法——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。本章還介紹了核成像的基本原理。 第三章對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理進(jìn)行描述。主要介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念。其中重點(diǎn)介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元—神經(jīng)元模型以及構(gòu)筑于神經(jīng)元模型之上的三種基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)螌忧梆伨W(wǎng)絡(luò)、多層前饋網(wǎng)絡(luò)和遞歸網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上闡明了設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的需要注意的幾個(gè)重要概念，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程、學(xué)

4、習(xí)任務(wù)以及泛化等。最后，簡(jiǎn)單的介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，初步說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法能夠適用于光探測(cè)技術(shù)方面的應(yīng)用。 第四章首先簡(jiǎn)單介紹了蒙特卡羅模擬方法，隨后對(duì)基于蒙特卡羅模擬方法的Geant4軟件開發(fā)包進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)的說明，以Geant4為平臺(tái)設(shè)計(jì)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光探測(cè)器仿真程序，該程序模擬了511Kev的γ光子與閃爍體相互作用及閃爍光在晶體內(nèi)的輸運(yùn)過程，本章對(duì)仿真程序的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹并給出了仿真程序的整體框架。 第五章

5、全面詳盡的給出了仿真試驗(yàn)的結(jié)果，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線的比較證明了采用新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在解決：(1)入射γ光子以非垂直的大角度入射；(2)邊緣區(qū)域入射這兩個(gè)方面具有比傳統(tǒng)的Anger公式算法更好的性能。首先，本章給出了2種適用于函數(shù)逼近領(lǐng)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：多層感知器網(wǎng)絡(luò)和徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)，給出了它們的神經(jīng)元模型及相關(guān)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并討論了它們各自的逼近性能。其次，給出了閃爍探測(cè)器的仿真方案設(shè)計(jì)，包括探測(cè)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和訓(xùn)練測(cè)試數(shù)據(jù)的預(yù)處理。最后，給