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1、武汉轻工大学毕业设计设计题目：OCT及PET-CT在医学影像学中的应用研究 姓 名 曹敏 学 号 101204107 院 （系） 电气与电子工程学院 专 业 电子信息科学 指导老师 李鸣 2014年6月6日目录摘要IAbstractII1. 绪论11.1课题意义及背景11.1.1 CT的意义及背景11.1.2 OCT的意义及背景11.1.3 PET-CT的意义及背景21.2研究目的和思路31.3本文主要内容32.技术原理以及应用52.1 OCT的原理52.1.1迈克尔逊干涉仪52.1.2 OCT的原理52.2OCT医学影像中的分类62.2.1OCT在医学中的成像原理62.2.2FD-OCT的应
2、用92.3讨论OCT的医学成像发展92.4 PET-CT的成像原理102.5 PET-CT的主要设计参数112.5.1 PET部分112.5.2 CT的部分122.6 PET-CT的优势122.7 PET-CT在医学方面的应用132.7.1 PET-CT 在肿瘤疾病的诊断与治疗中的临床价值132.7.2 PET-CT在冠心病诊疗中的临床应用132.7.3 PET-CT 在大脑疾病中的作用132.7.4 PET-CT在健康人体格检查中应用142.8 PET-CT未来发展的望展142.9 OCT与PET-CT的对比143.基于旋转扫描探头的光谱OCT内窥镜成像系统设计163.1设计的准备163.2
3、实验前理论准备163.2.1内窥镜系统的搭建163.2.2 GRIN透镜的设计183.2.3高反射率介质膜的镀制193.3实验203.4 结论22致谢25参考文献26摘要断层扫描技术是一种新兴光学成像技术，光学相干断层成像技术和正电子发射显像技术是近些年人们在断层扫描技术研究的基础上所发展出来的两种成像技术。这两种技术优点显著，生物组织成像清晰，拥有广阔的应用前景，尤其在医学领域中。但是两者也分别存在一些的局限性，由于探测方法的特性和被探测物本身的原因，会使得得到的图像存在噪声以及对比度低的缺点。本文分别说明了断层扫描技术，光学相干断层成像技术和正电子发射技术的原理，介绍了光学相干断层成像技术
4、和正电子发射技术的理论背景，优缺点以及在医学领域的应用。并且设计了一套光学断层成像技术与电子内窥镜组合成的光学断层成像内窥镜系统，对于影响成像的要图表进行了分析，通过实验验证光学断层成像内窥镜系统的可行性。得到了光学断层内窥成像系统可行，得以实现扫描旋转成像以及对病变组织探测的结论。关键词：断层扫描技术；频域光学断层成像技术；内窥镜；光学相干断层成像技术；正电子发射显像技术AbstractCoherence tomography is an optical imaging technology, optical coherence tomography imaging and positron
5、 emission technology are two kinds of imaging technologies. In recent years, it is developed based on tomography technology.The obvious advantages of these two technologies, biological tissue imaging clearly has broad application prospects, especially in the medical fields. But there were also some
6、limitations, due to characteristics of detecting method and detecting material itself, it will make the image obtained by the existence of noise and low contrast of defects. This paper explains the principle of tomography, optical coherence tomography and positron emission technology, optical cohere
7、nce theory background tomography and positron emission technology is introduced, advantages and disadvantages as well as application in medical field. And design a set of spectra of Optical Coherence Tomography and electronic endoscope combined into Optical Coherence Tomography endoscope system, for
8、 the important parameters affecting the imaging is analyzed, the feasibility of endoscopic system was verified through experiments in Optical Coherence Tomography. The Optical Coherence Tomography endoscopic imaging system is feasible.Keywords: Coherence tomography; frequency domain Optical Coherenc
9、e Tomography; endoscopic; Optical coherence tomography; positron emission tomographyII1. 绪论1.1课题意义及背景1.1.1 计算机断层扫描技术的意义及背景计算机断层扫描技术（CT）是指通过从物体外部检测到数据重建物体内部横断面的信息一种技术。早在1917年，丹麦数学家J.Radon的研究已为CT技术建立了数学理论基础。在20世纪50年代，美国Oldendorf医生发表了一篇关于克服普通伪影的文章，成为了真正意义上的第一篇关于CT论文，此后CT这一名字才被使用。如今这一成像技术广泛应用与多种能量与粒子束，如
10、X射线，射线，电子，超声波，红外线等。1963年，美国物理学家 Cormack发现X射线对人体不同组织的穿透率是不同的在研究中得到了一些相关的公式，这些公式在后来成为了CT应用的理论基础。1967年，英国电子工程师Hounsfield在不知道Cormack研究成果的情况下，也开始研究一项新的技术。此技术用于对头部的实验性扫描测量，首先研究了模式识别，然后制造了一台能加强X射线发射源的扫描装置，即是后来的CT，用于对头部的实验性扫描测量。后来他又用此装置去测量全身，取得了同样的效果。1971年9月，Hounsfield在一家郊外的医院里，又和一位神经放射学家合作，设计制造出这一种仪器，并开始进行
11、头部的检查。10月4日，这个仪器迎来了第一个病人，此次试验非常成功。1972年4月，Hounsfield在英国放射年学会上首次公布该结果，这正式宣告了CT的诞生。这引起了科技界的震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线之后，放射学史上最重要的成就1。而今随着CT技术的不断改进已产生了五代CT机，并进行了各种形式的改造与创新，本论文所讨论的光学想干断层成像和正电子发射显像技术就是由CT技术所发展改进而来的。1.1.2 OCT的意义及背景光学相干断层成像（OCT）技术是光学断层扫描，利用近红外光相干光照射被测组织，根据光的干涉的连贯性，进行表面的组织成像，是近年来的一个新的光学成像技术。OCT的
12、背景如下： 1991年，美国麻省理工大学的D.Huang和J.G.Fujimoto等人采用OCT技术成功地对人眼视网膜的显微结构和冠状动脉壁成像。此专利由ZEISS公司购买。1993年，演示了人类视网膜的活体OCT。1994年，有ZEISS公司开发并投入商业使用。1995年，开始眼科的临床研究。2000年，OCT仪器体积更小，更容易操作，分辨率明显提高，出现了对视网膜神经纤维层(RNFL)的分析。OCT技术在多个领域展具有应用，尤其是在医学领域，在某些病症的检测观察方面起了重要的作用。OCT 技术最大的两项优点：(1) . 图像分辨率很高，可达1020m，可清楚显示管壁各层的精细结构。(2)
13、.该项技术适用于小血管内成像。在冠状动脉内应用的OCT成像技术已经比较成熟，但是很少使用OCT技术来研究人类肺部的疾病。 据2006年的统计，全球大概共有5000台在使用，在中国大约100台多数为第三代OCT。而如今，OCT技术主要运用于以下领域：眼科：可以提供显着性视网膜病变的影像，以诊断和监测青光眼和黄斑水肿和视网膜病。耳鼻喉科：通过成像确定的表皮和皮下膜感染病原菌，以提高诊断的准确性。牙科：可采用OCT成像技术来确定X光和目测都无法发现的早期牙齿疾病，以进行更有效的预防程序。1.1.3 PET-CT的意义及背景PET-CT技术是由正电子发射显像(PET)技术和CT组合而成的一种医学影像技
14、术2，在这两年广受关注。PET-CT技术有以下优点：(1) .在早期可以通过细胞的新陈代谢，发现小病灶隐匿性（大于5mm）。(2) . 进行检查的元素是在人体中最基本的一些元素，并有一个很短的半衰期，所接受的剂量胸部CT扫描剂量略高，安全和有效的，短时间内可以反复检查。(3) .通过细胞的代谢的信息来判断能够准确找出病灶位置，特别显著的提高了对小病灶的诊断能力。(4) .进行一次快速的全身检查仅需20min。 最早与CT组合在一起的成像设备是单光子发射计算机断层(SPECT)。旧金山大学(University of San Francisco)的Hasegawa和Lang等可能是最早的探索者。
15、早在1991年，他们就报告了双功能医学成像系统的原型机，其设计使用高纯度的锗作为探测的物质，通过设置不一样的能窗，来同时接受射线和X射线，用以处理获得不同性质的图像1996，Blankespoor首次报道该机制在心肌灌注成像的设备中的应用。1998年，GE Medical Systems将基于此设计Hawkeye系列 SPECT-CT推向市场，并且获得了巨大的成功。同年，第一台专用PET-CT的原型机被安装在了匹兹堡大学(University of Pittsburg)医学中心。这一台原型机是于CTI PET System(CPS)合作研制的，并且获得了美国国立肿瘤研究所(NCI)资助。从19982001年，在这台原型机上做了300余例肿瘤病人，取得了很好的效果。2000年，GE公司推出了Discovery
