基于Monte-Carlo的医学影像设备模拟研究.doc

摘要：随着医学影像技术和配置在医学畛域的进展，尤其是在不久的将来，医学影像技术的地位日益凸显，医学影像技术的发展已成为医学科学发展的热点，促进了医学的发展科学。当今的医学影像技术进入了数字影像学的新时代，反映和指导临床医学的诊断，以及诊断和治疗的改进。自从1895年，德国物理学家伦琴在实验中发现X射线后，就开启了新的大门，相继出现了X线CT，核磁共振（MRI），γ射线，超声波等。而如今，以正电子发射断层成像（PET）系统为代表的核医学影像技术打开了分子影像学的大门。

通常，PET技术会与CT技术联合使用，即正电子发射断层显像与计算机断层显像（PET-CT）。有着检查时间短，图像质量高，准确性高，应用范围广等优势，同时具有定性定量指标。对于折磨人们的恶性肿瘤来说，具备“早探测，早诊断，早治疗”的PET-CT技术无疑能尽早地探测到早期不易发现的病变细胞，并极大程度提高患者的存活几率。

但是由于PET-CT设备造价昂贵，对于学校以及规模较小的医院来说购买PET设备是不可实现的，因此如果通过Monte-Carlo（MC）模拟将PET进行模拟研究，那么将会节省很大一笔开支，课题也能正常进行。

本文主要是对医学影像的设备的模拟研究，以Linux系统中的Ubuntu系统为基点，核医学Gate软件为核心，以模拟出相应影像为目标，将MC模拟运算方法与相关知识有机结合，解决课题中出现的各种困难。

关键词：医学影像，PET-CT；模拟研究；Gate；Ubuntu

目录

摘要

Abstract

一、 绪论-1

（一）课题背景-1

（二） 课题研究的意义-1

1． 医学影像的重要性-1

2． 医学影像设备模拟的必要性-1

3.医学影像及设备的现状-1

（三） 国内外研究现状-2

1. 医学影像发展简介-2

2. 国外医学影像的研究现状-3

3. 国内医学影像的研究现状-3

（四） 医学影像存在的问题和本文主要研究内容-3

1. 医学影像处理存在的问题-4

2. 本文主要的研究-4

3. 研究的意义-4

（五） 研究的方法路线-6

二、 正电子发射断层显像（PET）基本原理-7

（一） 基本概况-7

1. PET的历史-7

3. 功能影像与解剖影像区别-8

（二） 正电子成像的物理基础-8

1. 正电子药物-8

2. 常用正电子放射性核素物理特性-9

3. PET影像分辨率的极限原因-9

（三） PET 的成像原理-10

（四） PET的结构-11

1. 结构如图2.6所示：-11

2. PET的数据采集原理-11

3. PET的电子准直-11

（五） PET的数据校正-15

1. 探头归一化-15

2. 放射性核素衰变校正：-16

3. 均匀衰减系数校正：-16

4. 组织衰减校正：-16

5. 散射校正：-17

6. 死时间校正：-17

7. 随机符合校正：-17

（六） PET检查流程-17

1. 检查前准备-17

2. 检查过程-18

3. 检查后-18

（七） PET图像分析-18

三、 GATE的安装-18

（一）Ubuntu系统的安装-18

1. 安装前的准备工作-19

2. 安装方法-19

（二） Gate的安装步骤-23

1. 安装准备-23

2. 安装Cmake-23

3. 安装ROOT-23

4. 安装Geant4-24

5. 安装 Gate-24

四、 图像重建-25

（一）定义扫描仪几何形状-25

（二）定义一个幻影几何-28

（三） 建立物理过程-29

（四） 初始化-29

（五） 设置数字转换器-30

（六） 设置源-31

（七） 定义数据输出-32

（八） 开始收购-32

第二种方法是在命令中添加每个片段:-33

五、 图像质量分析与图像重建算法-34

（一） 图像质量-34

1. 介绍-34

2. 对比-34

3. 决议-36

4. 噪音-38

5. 信噪比-38

6. 抽样-40

7. 工件-41

8. 精度-42

9. 总结-43

参 考 文 献-44

致 谢-47

附录