【摘 要】
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正电子发射计算机断层成像（Positron Emission Tomography,PET）是医学影像领域的一种先进的分子影像技术,可对肿瘤、阿尔兹海默症、心脑血管疾病、帕金森综合征等进行早期诊断。随着疾病研究的深入,现代生物医学越来越关注小动物活体实验,如何提高小动物PET系统的分辨率成为了当今医学影像领域的研究热点。本文基于高光输出性能的闪烁晶体阵列、高灵敏的硅光电倍增管以及多通道高精度能量读
【基金项目】
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国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目“面向脑科学研究的多面体结构高性能分子成像仪器研制”（项目编号:51627807）；
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正电子发射计算机断层成像（Positron Emission Tomography,PET）是医学影像领域的一种先进的分子影像技术,可对肿瘤、阿尔兹海默症、心脑血管疾病、帕金森综合征等进行早期诊断。随着疾病研究的深入,现代生物医学越来越关注小动物活体实验,如何提高小动物PET系统的分辨率成为了当今医学影像领域的研究热点。本文基于高光输出性能的闪烁晶体阵列、高灵敏的硅光电倍增管以及多通道高精度能量读出电子电路,研制出高分辨小动物PET系统,通过图像重建技术实现示踪剂在生物体的分布追踪。本文首先围绕前端探测器进行结构设计与材料选型,最后采用0.5mm×0.5mm的28×28闪烁晶体阵列与3.12mm×3.12mm的6×6硅光电倍增管阵列以添加楔形光导的形式进行多对一耦合,完成高灵敏度前端探测器的制备,为后续小动物PET系统的研制奠定基础。基于FPGA电子学,对小动物PET系统电子电路进行研究设计,完成相关数据处理逻辑模块的设计,包括能量信号和时间信号的测量采集、数据列车传输、流水线模式下的高速在线处理等。同时对重心法进行改进优化,提出康普顿散射校正和局部最优算法,使γ光子位置解码更加精确。针对两种传统的图像重建算法,本文进行对比与分析,完成基于List Mode格式的OSEM的图像重建算法设计与优化。最后完成专用小动物PET系统的搭建,系统由12个前端探测器模块,4个FPGA电子电路核心处理板以及若干电源板构成。采用GATE仿真点源实验对系统的理论空间分辨率进行评估,为0.4993mm。进行实际点源成像实验,得到小动物PET系统的实际空间分辨率为0.5422mm,为业界领先水平。对系统进行复杂成像测试,采用Derenzo仿体进行成像实验,空间分辨率约为0.8mm。最后进行小白鼠活体实验,结果显示,示踪剂在小白鼠体内分布情况较为清晰,可大致了解小白鼠的代谢情况。
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