[發(fā)明專利]一種直接融合結(jié)構(gòu)成像的生物發(fā)光斷層成像重建的方法

有效

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• 申請日: 2015-12-13
• 公開（公告）號: CN105581779B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮金超;李祎楠;賈克斌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

一種直接融合結(jié)構(gòu)成像的生物發(fā)光斷層成像重建的方法，屬于醫(yī)學圖像處理領(lǐng)域，本方法針對現(xiàn)有的生物發(fā)光斷層成像重建算法中存在的問題，提出了一種融合其他成像模態(tài)進行BLT重建的方法，它利用結(jié)構(gòu)成像方式獲得的重建圖像作為先驗信息計算得到自適應(yīng)的正則化矩陣，進而實現(xiàn)BLT重建。首先基于擴散方程模擬光在生物組織中的傳輸規(guī)律，利用有限元方法進行數(shù)值求解；為實現(xiàn)融合結(jié)構(gòu)成像進行BLT重建，并考慮到熒光光源的稀疏特性，提出了一種不需對結(jié)構(gòu)圖像組織分割便可融合的方法。為實現(xiàn)對上述方法的求解，提出了基于Split?Bregman的迭代方法進行求解。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)學圖像處理領(lǐng)域，涉及一種直接融合結(jié)構(gòu)成像的生物發(fā)光斷層成像重建算法。

背景技術(shù)

隨著人類對生命奧秘的不斷探索以及現(xiàn)代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種醫(yī)學影像技術(shù)和醫(yī)學成像設(shè)備也進入了快速發(fā)展期。從傳統(tǒng)的計算機斷層成像(ComputedTomography，CT)、超生成像(Ultrasound Imaging，USI)、核磁共振成像(MagneticResonance Imaging，MRI)、正電子成像(Positron Emission Tomography，PET)、單光子發(fā)射斷層成像(Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT)發(fā)展到激發(fā)熒光斷層成像(Fluorescent Molecular Tomography，F(xiàn)MT)和生物發(fā)光斷層成像(Bioluminescence Tomography，BLT)等多種成像模態(tài)，這些成像技術(shù)極大推動了生命科學的進步。

生物發(fā)光斷層成像(以下簡稱BLT)作為一種重要的成像模態(tài)，利用其高靈敏度、背景噪聲低等特性，可以在生物體表獲得熒光圖像重建生物體內(nèi)熒光源的分布以及細胞分子水平變化。BLT由于能夠反映信號深度的信息，已經(jīng)成為光學分子影像的一個重要分支。生物發(fā)光斷層成像技術(shù)不需要外在光源的激發(fā)，而是通過一種生物化學發(fā)光反應(yīng)在體內(nèi)發(fā)光。體內(nèi)產(chǎn)生的熒光在生物組織內(nèi)部以某種規(guī)律傳播并不斷地與生物組織發(fā)生相互作用，并到達體表。最后，在生物組織體表利用高靈敏度的探測器獲得的熒光圖像就可以重建出熒光光源在小動物體內(nèi)的分布情況，從而在本質(zhì)上揭示在體分子的活動規(guī)律。

然而生物體組織具有強散射、弱吸收的特點，熒光光子無法在生物組織中沿直線傳輸，而是經(jīng)歷了大量的散射過程，導致BLT逆問題在數(shù)學上是一個高度病態(tài)的問題，外界微小的測量擾動都會給重建結(jié)果帶來很大的變化。因此，降低BLT的病態(tài)性，如何唯一、準確地重建熒光光源是BLT研究的重點及熱點。

近年來，國內(nèi)外研究學者為了解決BLT成像的準確性和可靠性等難題做了各種嘗試。國內(nèi)外研究人員為降低其病態(tài)性做了很多工作，一般都是從不同角度為該問題提供各種不同的先驗知識。其中，融合結(jié)構(gòu)成像的方法能夠起到很好的BLT重建效果。但在融合結(jié)構(gòu)成像時往往需要人為對結(jié)構(gòu)成像圖片進行基于不同生物組織的分割，這樣往往會消耗過多的時間，同時人為帶有主觀性的分割方式也會為BLT重建帶來不可預(yù)知的誤差。