应用信息论评估SPECT投影数据完备性

为了评估准直器特性,并优化准直器设计,对单光子发射断层成像(SPECT)系统的投影过程进行了分析。从Shannon信息论的角度,建立发射断层成像系统投影过程中信息迁移机制的模型,以评估投影数据的完备性。将Shannon信息论应用到SPECT成像领域,根据在SPECT系统中信息量、条件熵、互信息熵的意义,提出了评估投影数据完备性的原理和方法。通过对平行孔准直器系统的计算验证了评估算法,并对4组编码孔径准直器进行了模拟。结果表明,该方法可以用来分析SPECT系统的准直器特性,根据物理条件来选取最佳的准直器设计。     

基于非标准扫描轨道HRT的小动物SPECT活体成像方法

在分子影像学中,正电子发射断层成像(PET)和单光子发射断层成像(SPECT)因其功能成像特性及高检测灵敏性倍受瞩目。为了在PET固定探测器上,利用槽缝(slitslat)式准直器的嵌入实现SPECT的动物活体成像,实现小动物PET/SPECT双功能成像系统,研究了一类结合混合旋转-平移(hybrid rotation-translation,HRT)的非标准扫描轨道。通过定义采样完整度和采样均匀度指标,评价了不同平移和旋转运动组合的10种非标准扫描轨道在物体不同位置的表现,并进行了10种HRT轨道的Monte Carlo模拟成像实验,理论分析和Monte Carlo模拟结果都表明该方案在相同采集时间下可获得不差于传统圆轨道的成像质量。     

碘-131 SPECT平片成像伪影校正算法

碘-131单光子发射计算机断层扫描(single photon emission computed tomography, SPECT)平片成像已广泛应用于甲状腺癌的临床诊断和治疗评估中。由于碘-131发射的Gamma光子能量较高，穿透SPECT准直器隔壁的概率较大，易导致最终图像上出现放射状伪影。为解决该问题，该文提出了一种点扩展函数解卷积结合先验正则化的方法，并基于Monte Carlo模拟和临床数据对该方法进行了验证。模拟数据表明该算法具有很好的单调收敛性。当采用127×127的点扩展函数(像素大小2.2 mm×2.2mm),设置正则化参数为0.01时，模拟数据、临床点源数据和人体数据的放射状伪影区域计数值可分别降低至原始值的4%、 35%和28%,同时还可以维持背景区域较低的噪声水平。研究结果表明：该文算法可以有效解决碘-131 SPECT平片成像中的放射状伪影问题，从而提高临床诊断精度。     

双扫描镜空间成像系统偏振特性分析

光线非垂直入射到光学界面时会产生偏振效应,且偏振效应随着入射角度的增加显著增强。双扫描镜空间成像系统具有宽光谱、大入射角、大孔径的特点,因此具有较大的偏振灵敏度。由于光电探测器的转化效率对偏振光而言不是各向同性的,而且有时差别很大,为保障光学系统探测灵敏度必须限定光学系统偏振灵敏度。采用斯托克斯矢量和穆勒矩阵的偏振表示方法,推导得出入射角度与双扫描空间成像系统偏振灵敏度之间的数学关系。通过对薄膜设计参数进行一定的工艺修正得出各个光学元件偏振数据,进而得出整个双扫描成像系统的偏振灵敏度。分析结果表明,在可见光波段双扫描成像系统的偏振灵敏度在0.5%左右;在红外波段双扫描空间成像系统偏振影响很小。     

基于Monte Carlo模拟设计MicroSPECT针孔准直器

为使小动物成像专用的MicroSPECT(micro single photon emission computed tomography)达到预期的分辨率和灵敏度指标,基于Monte Carlo方法对针孔准直器和成像系统参数进行设计并确定了两套设计方案。方案A保证灵敏度不低于9.19×10-6s-1.Bq-1,且视野中心位置的分辨率不差于1.0 mm;方案B在保证分辨率好于1.2 mm的前提下,可达到5.86×10-5s-1.Bq-1的灵敏度。进一步采用Monte Carlo方法估计了γ光子的准直器孔壁穿透效应和Compton散射效应对投影数据的影响。结果表明:穿透效应在方案A和B中对投影数据的贡献分别为28.6%和40.4%,而散射光子的贡献分别为12.4%和12.9%。     

在SPECT上取得人体透射图像的方法

为使人体对γ射线的衰减造成核医学影像的失真和定量误差得到校正 ,在用于发射成像的单光子发射断层扫描机 (SPECT)上安装偏置的线源和平行缝准直器 ,可以获得倾斜的扇形束透射投影。这项构想在三探头 SPECT系统上进行了实验 ,取得了清晰的透射投影。使用 3种方法重建出衰减系数分布图 ,证明倾斜扇形束投影作 36 0°扫描能解决数据截断的问题 ,为这种特殊的投影几何结构推导的公式能够准确地重建出断层图像     

光纤准直器结构研究与设计

从理论上对自聚焦透镜进行了分析，并论述了光在自聚焦透镜中的传播规律。进而提出了光纤准直器的设计结构，并通过实验验证，利用这种方法设计的光纤准直器具有低的插入损耗和高的回波损耗，能成功用于光环行器中。     

医学超声-OCT内窥成像系统的研究

超声-OCT内窥成像系统将超声、OCT扫描成像技术与内窥成像系统相结合，充分发挥三者各自的优势，是医学成像诊断技术的一项新进展．对超声．OCT内窥成像系统的原理进行阐述，设计用于该系统的扫描探头结构，分析图像坐标变换的过程，最后通过实验对系统的可行性进行了验证．     

仿CT扫描模式扩散荧光层析成像方法

为了实现高灵敏度、高空间采样密度的扩散荧光层析成像,提出了一种基于光子计数技术的仿CT扫描模式的成像方法．光源经过准直后入射到仿体上,光电倍增管探测得到光源同一水平面101．25°～258．75°均匀分布的8路探测信号．按照与CT相似的方式,系统旋转仿体以实现对仿体的0°～360°扫描,采用光子计数方式采集多个光源入射角下多个探测位置的光子数信息,获得的大量数据可降低重建过程的病态性,使重建结果更加准确．仿体实验证明,对于荧光剂Cy5．5的探测可以达到2nmol／L左右的浓度和边对边距离5mm的空间分辨率,增加空间采样密度可以提高系统的灵敏度和分辨率．     

线阵扫描式激光成像探测系统建模与仿真

以激光成像引信为应用背景,在分析线阵扫描成像探测机理的基础上,建立了激光分束发射脉冲、线阵探测元接收回波信号及其检测算法、目标反射特性和大气传输效应模型,给出了固定成像视窗线阵扫描成像仿真方法.通过设置弹目交会以及各模型参数,以坦克目标为例进行了系统成像仿真.结果表明,仿真系统能够对线阵扫描成像方式进行有效模拟,生成目标的距离和强度激光仿真图像,并对影响成像效果的因素进行分析.     

基于Morris方法的压电悬臂梁结构参数灵敏度分析

作为常见俘能器之一的压电俘能器，其结构参数的合理化设计决定着俘能器输出功率的大小，分析影响压电俘能器输出功率的关键结构参数具有十分重要的意义。以压电双晶梁为研究对象，运用Morris方法对其结构参数进行了全局灵敏度分析，并使用正交试验方法对灵敏度排序结果进行验证。结果表明，在给定参数变化范围内，压电梁厚度和长度分别是影响谐振频率和峰值功率的两个最重要参数。压电梁宽度对系统输出性能影响最小，且与其它参数的交互性相对较弱。灵敏度分析方法对压电悬臂梁结构优化设计具有指导意义。     

基于单片机的光学模块准直探测硬件系统设计

阐述了光学模块准直技术的检测原理,并结合实际应用设计了基于单片机的激光装置光学模块的准直探测硬件系统,阐述了其工作原理.该系统探测误差小,功耗小,成本低.     

超声成像系统的动态孔径控制方法

动态孔径控制技术是超声成像系统的一个重要环节,良好的动态孔径控制技术能够有效地改善图像质量.在深入分析超声信号的合成波束分布规律的基础上,提出一种能够消除聚焦波束扫描死区的动态孔径控制方法.该方法根据探头阵元数对探测区域进行均匀的区域分割,计算得到完全覆盖相邻两条扫描线之间区域的聚焦波束在该深度下所需的波束宽度,再根据不同探测深度的波束宽度反推该深度下所需的孔径大小.该方法不受探头参数特性改变,以及探测对象变化的影响,在超声成像系统具有普遍适用性.仿真成像表明:采用该动态孔径控制方法能够有效提高超声图像的整体质量.     

准直器对改善X射线CT中散射效应的作用

本文讨论扇束CT扫描器中使用准直器(collimator)对x射线散射效应的作用,对均匀衰减的柱体模型给出了散射比(检测器检测到的有准直器时的x 射线散射量与无准直器时的x 射线散射量之比)与准直器参数和检测器位置的关系式.计算机模拟的结果说明,在第三代CT 扫描器中采用准直器,是改善重建图象质量的简单有效的方法.     

160 Gbps光通信系统中光纤准直器的基准插入损耗与功率代价研究

在几何光学和高斯光束传输理论的基础上,运用矩阵光学原理与高斯光束耦合理论,分析了基于自聚焦透镜光纤准直器引入高速光通信系统的基本插入损耗、回波损耗等特性,并采用光纤衰减基准测试方法对理论计算进行了实验验证.在160 Gbps光通信系统中分析了该器件对系统传输性能的影响,对误码率曲线进行了测试对比,讨论了光纤准直器增大系统功率代价的原因.     

附件驱动系统固有频率灵敏度的计算分析

为了对附件驱动系统的动态特性进行优化设计,利用坐标变换,以稳态为参考状态,对附件驱动系统非线性模型进行了线性化处理,并利用复模态分析法推导出了固有频率对设计参数的灵敏度分析式.线性化处理前后模型的计算结果证明,利用线性模型对系统动态特性进行分析是可行的.文中还分析了张紧器参数(张紧器刚度、张紧器安装角、张紧臂长)与系统一阶固有频率的关系,结果表明:一阶固有频率对不同的张紧器参数和相同张紧器参数的不同取值的敏感度是不同的；在张紧器的3个设计参数中,一阶固有频率对张紧臂长的变化最敏感,通过改变张紧臂长来达到降低一阶固有频率的目的是最为有效的方法.     

SPECT投影模型与准直器模糊效应校正

SPECT(s ing le photon em iss ion com pu ted tom ogr-aphy)断层图像重建算法的重要因素之一是投影模型的选取。讨论了二维重建常用的δ模型、线模型和带模型,并研究了三维准直器空间响应特性的建模方法以校正准直器模糊效应。基于Jaszczak和Shepp-Logan两组标准图像研究了不同投影模型对断层重建结果的影响,对重建图像分辨率、归一化均方误差、对比度-噪声比和重建时间等指标进行了比较。结果表明在二维重建算法中采用带模型可以达到最佳的重建效果。采用三维准直器模型可以有效校正准直器模糊效应并进一步提高图像质量,但重建时间有所增加。     

磁性纳米粒子成像高灵敏度正交接收系统

本文通过有限元分析设计高灵敏度磁性纳米粒子成像正交接收系统，提升MPI信号检测灵敏度和磁场匀质性，用于预临床小动物级MPI成像。设计的正交接收线圈组新增加x向接收线圈，并且在z向优化了成像视野面积与接收灵敏度，在预临床小动物级MPI成像平台中经过仿真验证、制备、调试、校验，完成了模型成像和小动物成像实验，结果表明本文方法有效提升了图像质量和图像对比度.      

扫描干涉光刻机光束位姿自动准直系统设计

针对扫描干涉光刻机对干涉光束的高精度位姿准直需求,设计了高精度光束自动准直系统;基于该系统提出了利用每步迭代调节后的位姿实测值作为下一步迭代的起始值进行迭代准直和正交平面内位姿交替准直的光束位姿迭代准直策略,解决了迭代过程误差积累问题和正交平面内电机耦合问题。实验结果显示:该光束自动准直系统能够实现两个位置准直精度均优于5μm和两个角度准直精度均优于3μrad,满足扫描干涉光刻机光束位姿准直精度需求。     

共焦扫描系统的光外差探测

提出了一套新颖扫描成像系统方案,它综合了共焦扫描方式与光外差探测方法的优点．该系统具有μｍ级的纵向层析分辨率能力,且能大大改善对低反射试样或较厚试样的深层扫描成像的图像质量．对其成像机理、光学特性进行了分析．