[發明專利]一種基于交替迭代運算的熒光分子斷層成像重建方法

有效

• 申請號: 201310367827.1
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103393410A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 陳多芳;易黃建;朱守平;陳冬梅;李維;金征宇;梁繼民;田捷
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 郭官厚

技術領域

本發明屬于分子影像領域，更進一步涉及一種基于交替迭代運算的熒光分子斷層成像重建算法，可用于在體熒光分子斷層成像的逆問題重建。

背景技術

熒光分子斷層成像(以下簡稱FMT)是近年來一種新出現的光學分子影像技術，它利用某些分子（一般主要是多環芳香族碳氫化合物或雜環化合物等）如熒光團、熒光探針、熒光染料等標記重建目標，在外部激發光源的照射下，分子會吸收外部激發光，然后發射出光子，產生光的強度與標記目標的數量成正比。在重建目標區域外，利用高靈敏度的光學檢測儀器，可以直接探測到透射出重建目標區域的光子，利用有效的熒光分子斷層成像重建算法，就可以獲得重建目標區域內部的熒光目標的位置和濃度。

熒光分子斷層成像屬于逆向問題，具有嚴重的病態性，其本質原因在于重建目標區域內光的強散射特性。光子在其內部的傳輸不再沿直線傳播，而是經過大量的無規則可循的散射過程。同時，利用光學檢測儀器在重建目標區域邊界處檢測的信號是邊界點的值，數量有限，而求解區域內部點的數量非常巨大。由少量測量數據來求解大量未知數，這是一個不適定問題，具有嚴重的病態性，其解不唯一并且易受測量誤差和噪聲的影響。如何構建一種精確重建目標區域內的熒光目標，是熒光分子斷層成像研究的核心問題。

發明內容

為了解決熒光分子斷層成像存在的病態性和解不唯一性，本發明提出了一種基于交替迭代運算的熒光分子斷層成像重建方法。為了減少問題的病態性，本發明采用多點激發和多角度測量，獲得盡可能多的測量數據。結合光傳輸模型和有限元理論，將重建目標的光學特性參數和解剖結構信息作為先驗信息，建立表面的測量數據與重建目標內部熒光目標分布的線性關系，將該線性關系轉化為有約束條件的極小化問題，交替執行加權的代數重建技術與最速下降法來求解，從而獲得重建目標內部的熒光目標的三維分布與濃度。

為實現上述目的，本發明的具體步驟如下：

一種基于交替迭代運算的熒光分子斷層成像重建方法，其特征在于：基于光傳輸模型和有限元理論，將重建目標的光學特性參數和解剖結構信息作為先驗信息，建立表面的測量數據與重建目標內部熒光目標分布的線性關系，將該線性關系轉化為有約束條件的極小化問題，交替執行加權的代數重建技術與最速下降法來求解，從而獲得重建目標內部的熒光目標的三維分布與濃度。

作為一種改進，步驟如下：

（1）獲取測量數據

a、激發光源對固定在電控旋轉臺上的重建目標進行多角度的透射式斷層掃描；

b、使用光學檢測儀器獲得測量數據，獲得光通量密度Φ_m。

（2）獲得重建目標的解剖結構信息以及光學特性參數。

（3）基于光傳輸模型和有限元理論，將重建目標的解剖結構信息和光學特性參數作為先驗信息，建立表面的測量數據與重建目標內部熒光目標分布的線性關系。

（4）將上述線性關系轉化為有約束條件的極小化問題：

min||X||₂，s.t.|AX-Φ_m|≤ε，X≥0

ε是一個非負的誤差系數，這是一個帶有約束條件的2-范數極小化問題；

（5）對步驟（4）中帶約束的極小化問題，采用加權的代數重建技術求解約束條件：|AX-Φ_m|≤ε，X≥0，而2-范數極小化問題則用最速下降法求解。加權的代數重建技術為如下形式：

X=X+βA→iΦm-A→iXA→iA→i]]>