陳怡君

核子醫學影像技術的臨床前小動物試驗必須使用比人類器官影像重建 更高空間解析度的影像擷取設備,如此才能使體積小的動物器官重建影像 具備與人類器官重建影像同等的精確度。本論文以單光子放射顯微鏡系統 (Single Photon Emission Microscope, SPEM)作為投影影像的擷取設備,此系 統為單光子放射電腦斷層掃描系統(SPECT)的高空間解析度特化分支,所用 設備包括七針孔式準直儀、摻鉈碘化銫晶體 CsI(Tl)、高質量光影像縮倍管 以及電子增益電荷耦合元件(EMCCD)。 而在電腦斷層掃描技術的領域中,為了求得高品質的重建物體影像,需 要有精確且高解析度的影像系統矩陣,即物空間與像空間的轉換關係矩陣。 而本研究為了建立更加精確的 SPEM 系統之影像系統矩陣,改良了本實驗 室舊有之影像系統矩陣的建立方法,內容包含系統幾何參數之擬合方法以 及成像模型的建立方法。 過去本實驗室為了獲取 SPEM 的旋轉載物平台其旋轉軸與 EMCCD 之 空間關係的幾何參數,而進行了幾何校正實驗,以及為了建立成像模型,而 進行了格點掃描實驗。幾何校正實驗設計了三點源假體置於旋轉平台上,而 旋轉平台是位於位移平台上,以每次旋轉一個固定角度來進行一次投影影 像的擷取;格點掃描實驗則將單點源假體亦置於旋轉平台之上,以每次平移 viii 位移平台的一個固定格點寬度距離來進行一次投影影像的擷取。從這些點 源圖形的投影影像之中,能夠獲得原物體空間之點響應函數,並擬合簡化為 二維高斯函數。二維高斯參數分作光通量、投影點 x 及 y 座標位置、投影 點橢圓的主軸方向以及投影點橢圓之長軸與短軸等六項參數。 本研究將過去所進行的前述兩項實驗之投影點的 x 座標及 y 座標位置 一同用於擬合幾何參數,以取得假體與旋轉平台的空間轉換關係、假體與位 移平台的空間轉換關係、旋轉軸的空間描述以及針孔的空間位置等幾何參 數。之後透過分析前述所求得的系統之幾何參數,與格點掃描實驗投影影像 之高斯參數間的關係,來構想出具有非圓對稱點響應函數之成像模型,並以 非線性最小局部擬合的方式來求得成像模型係數,建立出通量模型、寬度模 型以及主軸角度模型等成像模型。最終利用算出之幾何參數以及建立之成 像模型,來建立各種格點間距的影像系統矩陣,並利用迭代式演算法中的序 列子集之期望值最大化演算法來進行物體影像的重建,而影像重建的採樣 方法考慮到取樣完整性,而分作圓軌重建以及螺旋軌重建兩種,透過分析重 建物體圖像來判斷影像系統矩陣的精確度。最終圓軌以及螺旋軌取樣的三 維物體圖像重建,與過去本實驗室所採用的舊方法之重建結果相比,新方法 的重建結果皆得到了更加合理與清晰的物體圖像。