• شماره ركورد
    25518
  • شماره راهنما
    NUC3 35
  • عنوان

    اصلاح، كمي سازي و بهينه سازي داده هاي سيستم تصويربرداري ميكروپت در تحقيقات پيش باليني

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي هسته اي - پرتو پزشكي
  • دانشكده
    علوم و فناوري هاي نوين
  • تاريخ دفاع
    1404/07/26
  • صفحه شمار
    141 ص .
  • استاد راهنما
    دكتر خديجه رضايي ابراهيم سرايي , دكتر محمدرضا آي
  • استاد مشاور
    دكتر پيمان شيخ¬زاده
  • كليدواژه فارسي
    سيستم پت پيش‌باليني , كمي‌سازي , تصحيح تضعيف و پراكندگي , يادگيري عميق , رزولوشن مكاني
  • چكيده فارسي
    اين تحقيق به بررسي جامع اصلاح، كمي‌سازي و بهينه‌سازي داده‌هاي سيستم تصويربرداري پت Xtrim، نخستين دستگاه توموگرافي گسيل پوزيترون ساخته ‌شده در دانشگاه علوم پزشكي تهران براي مطالعات پيش‌باليني، مي¬پردازد. هدف اصلي در اين تحقيق، تصحيح عوامل فيزيكي و سيستمي مؤثر بر كيفيت تصوير و دقت كمّي در تصويربرداري از حيوانات كوچك است تا بتوان به مقادير واقعي‌تر فعاليت پرتوزا در تصاوير پت دست‌يافت. جهت اصلاح فاكتورهاي كمّي در سيستم پت Xtrim، مجموعه‌اي از مطالعات پردازش تصوير، الگوريتم‌هاي تصحيح و ابزارهاي شبيه‌سازي به كار گرفته شد. اين فرايند شامل مطالعات فانتومي و حيواني، استفاده از داده‌هاي تجربي و شبيه¬سازي است. در ابتدا اين سيستم با كد GATE شبيه¬سازي و جهت اعتبارسنجي با نتايج تجربي بر اساس استاندارد NEMA NU4 2008 مقايسه گرديد. حساسيت سيستم، آهنگ شمارش معادل نويز، رزولوشن مكاني و كيفيت تصوير اندازه¬گيري شد. با استفاده از كد GATE سايزهاي مختلف كريستال¬هاي آشكارسازي شبيه¬سازي و حساسيت و رزولوشن مكاني موردبررسي قرار گرفت. تصحيح تضعيف با روش چانگ و تصحيح پراكندگي با دو روش تركيبي پنجره انرژي و روش تكرارشونده براي داده¬هاي اصلي دستگاه موردبررسي قرار گرفت. اصلاح داده¬هاي ازدست‌رفته به دليل فضاي خالي بين كريستال¬ها با روش يادگيري عميق (استفاده از شبكه Pix2Pix) انجام شد. بازيابي رزولوشن با مدل‌سازي تابع گسترش نقطه‌اي و اصلاح اثر حجم جزئي جهت افزايش دقت و كيفيت تصوير نيز موردمطالعه قرار گرفت. حساسيت مطلق سيستم در دو بازه انرژي keV 250-650 و keV 400-700 به ترتيب 0.028و 0.0206 بود. رزولوشن مكاني سيستم با مقادير FWHM شعاعي بين 1.55 تا 2.08 ميلي‌متر در فاصله 5 و 25 ميلي¬متري از مركزميدان ديد اندازه¬گيري شد و با كريستال 1.5 ميلي‌متري به حدود 1 ميلي‌متر در مركز ميدان ديد كاهش پيدا كرد. آهنگ شمارش معادل نويز براي فانتوم‌هاي موش آزمايشگاهي و صحرايي به ترتيب kcps 90.12 و kcps 63.24 حساب شدند. تصحيح تضعيف و پراكندگي وضوح و كنتراست تصوير را ارتقا داند. داده‌هاي ازدست‌رفته با بهره‌گيري از مدل Pix2Pix مبتني بر يادگيري عميق بازيابي شدند. همچنين با مدلسازي تابع گسترش نقطه‌اي و الگوريتم لوسي-ريچاردسون، دقت تصاوير به‌ويژه در نواحي با ابعاد كوچك ارتقا يافت. نتايج نشان دادند كه انتخاب كريستال و پنجره انرژي، بر حساسيت موثر است و تصحيحات تركيبي خطاي كمي¬سازي را كاهش داد. تصويربرداري فانتوم و موش با FDG18 نشان داد تصحيحات تركيبي، كنتراست و كيفيت تصوير را افزايش مي¬دهد.
  • كليدواژه لاتين
    Preclinical PET , Quantification , Attenuation an‎d Scatter correction , Deep learning , Spatial resolution
  • عنوان لاتين
    Correction, quantification an‎d optimization of microPET imaging system data in preclinical research.
  • گروه آموزشي
    مهندسي هسته اي
  • چكيده لاتين
    This study comprehensively investigates the correction, quantification, an‎d optimization of data from the PET-Xtrim imaging system, the first positron emission tomography scanner developed at Tehran University of Medical Sciences for preclinical studies. The primary objective of this study is to correct physical an‎d systematic effects that compromise image quality an‎d quantitative accuracy in small-animal PET imaging, thereby achieving more accurate quantification of true radiotracer activity in PET images. To correct quantitative factors in the PET-Xtrim system, a comprehensive image processing technique, correction algorithms, an‎d simulation tools were employed. This process encompasses phantom an‎d animal studies, utilizing both experimental an‎d simulated data. Firstly, the PET-Xtrim system was simulated using the GATE Monte Carlo code an‎d validated via experimental results in accordance with the NEMA NU4-2008 stan‎dard. System sensitivity, noise-equivalent count rate (NECR), spatial resolution, an‎d image quality were eva‎luated. Using the GATE code, various scintillator crystal sizes were simulated, an‎d system sensitivity an‎d spatial resolution were investigated. Attenuation correction using the Chang method an‎d scatter correction employing both the dual-energy window technique an‎d an iterative approach were investigated for the raw data acquired from the PET-Xtrim system. Correction of missing data due to gaps between detector crystals was performed using deep learning method (Pix2Pix cGAN). Resolution recovery through point spread function (PSF) modeling an‎d partial volume effect (PVE) correction were also investigated to enhance quantitative accuracy an‎d image quality. Absolute system sensitivity was 0.028 an‎d 0.0206 in the energy windows of 250–650 keV an‎d 400–700 keV, respectively. Spatial resolution of the system was measured with radial FWHM of 1.55 an‎d 2.08 mm at 5 an‎d 25 mm from the center of field of view (CFOV), an‎d was reduced to approximately 1 mm at the CFOV via 1.5 mm LYSO crystals. Noise-equivalent count rates (NECR) for the mouse an‎d rat phantoms were calculated 90.12 kcps an‎d 63.24 kcps, respectively. Attenuation an‎d scatter correction significantly enhanced image quality an‎d contrast. Missing data were recovered using the Pix2Pix deep learning model. Additionally, PSF modeling an‎d the Lucy-Richardson algorithm markedly improved image accuracy, particularly in small-scale regions. Results demonstrated that crystal selec‎tion an‎d energy window configuration significantly influence system sensitivity, an‎d correction methods substantially reduced quantitative bias. Phantom an‎d mouse imaging via ¹⁸F-FDG revealed that correction methods substantially enhanced image contrast an‎d overall quality.
  • تعداد فصل ها
    5
  • فهرست مطالب pdf
    152642
  • نويسنده

    كريمي، زهرا