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Fast GPU-based Monte Carlo code for SPECT/CT reconstructions generates improved 177Lu images

机译：用于SPECT / CT重建的基于GPU的快速蒙特卡洛代码可生成改进的177Lu图像

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摘要

BackgroundFull Monte Carlo (MC)-based SPECT reconstructions have a strong potential for correcting for image degrading factors, but the reconstruction times are long. The objective of this study was to develop a highly parallel Monte Carlo code for fast, ordered subset expectation maximum (OSEM) reconstructions of SPECT/CT images. The MC code was written in the Compute Unified Device Architecture language for a computer with four graphics processing units (GPUs) (GeForce GTX Titan X, Nvidia, USA). This enabled simulations of parallel photon emissions from the voxels matrix (1283 or 2563). Each computed tomography (CT) number was converted to attenuation coefficients for photo absorption, coherent scattering, and incoherent scattering. For photon scattering, the deflection angle was determined by the differential scattering cross sections. An angular response function was developed and used to model the accepted angles for photon interaction with the crystal, and a detector scattering kernel was used for modeling the photon scattering in the detector. Predefined energy and spatial resolution kernels for the crystal were used. The MC code was implemented in the OSEM reconstruction of clinical and phantom 177Lu SPECT/CT images. The Jaszczak image quality phantom was used to evaluate the performance of the MC reconstruction in comparison with attenuated corrected (AC) OSEM reconstructions and attenuated corrected OSEM reconstructions with resolution recovery corrections (RRC).
机译：背景技术基于全蒙特卡洛（MC）的SPECT重建具有纠正图像退化因素的强大潜力，但重建时间长。这项研究的目的是开发一种高度并行的蒙特卡洛代码，用于SPECT / CT图像的快速，有序子集期望最大值（OSEM）重建。 MC代码是用Compute Unified Device Architecture语言为具有四个图形处理单元（GPU）的计算机（GeForce GTX Titan X，Nvidia，美国）编写的。这样就可以模拟来自体素矩阵（128 3 或256 3 ）的平行光子发射。将每个计算机断层扫描（CT）数转换为用于光吸收，相干散射和非相干散射的衰减系数。对于光子散射，偏转角由微分散射截面确定。开发了角响应函数，并将其用于对光子与晶体相互作用的可接受角度进行建模，并使用检测器散射核对检测器中的光子散射进行建模。使用了晶体的预定义能量和空间分辨率内核。 MC代码是在临床和幻影 177 Lu SPECT / CT图像的OSEM重建中实现的。 Jaszczak图像质量模型用于评估MC重建与衰减校正（AC）OSEM重建和衰减校正OSEM重建（具有分辨率恢复校正（RRC））的性能。

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