神經網路方法研究PET探測器的作用深度效應

《神經網路方法研究PET探測器的作用深度效應》是依託中國科學技術大學，由王永綱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：神經網路方法研究PET探測器的作用深度效應
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王永綱
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

生命科學基礎研究工作的深入發展對PET探測器的空間解析度和探測效率的要求越來越高。近幾年來，國際上許多研究機構針對如何提高PET探測器這兩方面的性能開展大量的研究工作，每年都有大量的科研成果發表。本課題是目前在研的國家基金面上項目PET探測器的神經網路定位方法研究工作的繼續和深入，在原項目的工作基礎和實驗裝置上研究閃爍探測器作用深度效應對探測器解析度的影響，研究如何用神經網路方法獲得作用深度維度上的精確定位，從而實現PET探測器三維空間上的高解析度。由於本課題所用探測器是整塊閃爍晶體LYSO，而不是分割晶體結構，因而是在保證高探測效率和高能量解析度的基礎上研究如何有效提高空間分辨的方法。將神經網路用於PET探測器的精確定位，這一思想新穎、先進，初步研究結果表明很有發展前途。我們相信隨著該項目研究工作的深入和積累，可以實現創新和突破，這對提高我國大型科研儀器的研發水平有重要意義。

結題摘要

目前，高解析度PET探測器都是基於細小閃爍晶體組成陣列設計的。為進一步提高解析度，需要更細長的晶體單元和作用深度測量，這樣晶體的機械加工更困難和探測器結構更複雜。相比之下，基於連續閃爍晶體的PET探測器，具有結構簡單、成本低、無探測死空間以及較高的能量解析度等優點，但這種探測器套用的最大難題就是要有精確的定位算法，由探測到的閃爍光分布計算γ光子在晶體中的作用位置。最近幾年的研究結果表明，精確的平面定位，甚至DOI定位是可能的。用單端光電轉換器件探測到的閃爍光分布能夠同時估算作用位置的平面坐標和DOI坐標，這將是基於連續晶體探測器的又一大優勢。基於連續晶體的PET探測器將是未來高分辨PET探測器的重要發展方向。 本課題在原有平面定位算法研究的基礎上開展DOI神經網路算法的研究。項目的主要研究內容是改進現有的實驗測試裝置，使之能夠進行PET探測器γ射線作用深度方面的實驗測試工作，完善實驗裝置的數據獲取系統和軟體系統，進行實驗並獲得實驗數據；對實驗數據進行分析，選擇合適的神經網路結構和規模，最佳化二維平面網路定位性能，同時開展用神經網路計算γ射線作用深度的可行性研究工作；將二維平面定位和DOI作用深度定位結合起來，研究用神經網路實現三維（3D）直接定位，並測試能夠達到的最佳性能。本項目的研究目標是用神經網路實現DOI定位，預計作用深度的定位精度可以做到3-5mm。 本項目按照計畫完成了實驗裝置的改進、實驗測試和數據獲取、神經網路DOI定位方法研究，以及定位方法擴展研究等研究內容。改進的實驗裝置實現了機械控制和數據獲取自動化；用實驗裝置獲取了平面和DOI定位研究的實驗數據和測試數據；我們除了繼續深入研究平面定位算法、偏移量校正等技術外，重點研究了DOI定位的入射點定位方案和3D定位方案。測試結果表明在整個探測器入射面上，平面定位平均解析度在2mm以下，DOI平均解析度在2mm左右（偏移量校正之前），神經網路3D定位方法是基於連續晶體PET探測器的有效和實用的定位方法。此外我們還擴展了研究內容，研究了目前國際上其他有效的定位算法，並和神經網路定位方法比較，也取得了很好的研究成果。