[發明專利]生物發光斷層成像復合正則化重建的自適應參數選擇方法

有效

• 申請號: 201611149880.4
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN107045728B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 馮金超;李祎楠;李哲;賈克斌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

生物發光斷層成像復合正則化重建的自適應參數選擇方法，屬于醫學圖像處理領域。由于生物組織具有強散射，低吸收的特點，生物發光斷層成像的重建問題在數學上是一個高度病態的問題，外界微小的測量擾動都會給重建結果帶來很大的變化。為了降低BLT重建問題的病態性，在重建時可以使用正則化的求解方法將光源重建問題轉變成一個非線性的最優化問題。為了能夠取得更加理想的BLT重建效果，使用基于L1范數與TV范數的復合正則化方法對重建問題求解；本發明結合偏差原理，使用迭代的方式計算復合正則化參數。通過本方法，針對BLT的復合正則化重建方法可以自適應地計算得到合適的正則化參數。

技術領域

本發明屬于醫學圖像處理領域，涉及一種針對基于L1范數與TV范數的復合正則化生物發光斷層成像重建方法的自適應正則化參數選擇方法。

背景技術

隨著計算機技術的快速發展及人類在生命科學領域研究的不斷深入，各種醫學影像技術和醫學成像設備也進入了快速發展的時期。從傳統的計算機斷層成像(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)、單光子發射斷層成像(Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT)發展到激發熒光斷層成像(Fluorescent Molecular Tomography，FMT)和生物發光斷層成像(Bioluminescence Tomography，BLT)等多種成像技術，這些成像技術的發展也極大地推動了生命科學的進步。

生物發光斷層成像(以下簡稱BLT)作為一種重要的成像技術，近年來已經成為光學分子影像的一個重要分支。BLT憑借其高靈敏度、背景噪聲低等特性，通過在生物體表獲得熒光信號從而重建生物體內熒光源的分布以及觀測細胞分子水平變化。BLT技術不需要外在光源的激發，而是通過一種生物化學發光反應在體內發光。體內產生的熒光在生物組織內部以某種規律傳播并不斷地與生物組織發生相互作用，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的分布情況，從而在本質上揭示在體分子的活動規律。

由于生物組織具有強散射、弱吸收的特點，熒光光子無法在生物組織中沿直線傳輸，而是經歷了大量的散射過程，導致BLT逆問題在數學上是一個高度病態的問題，外界微小的測量擾動都會給重建結果帶來很大的變化。因此，降低BLT的病態性，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，國內外研究學者為了提高BLT成像的準確性和可靠性做了各種嘗試。為了降低BLT重建問題的病態性，在重建時可以使用正則化的求解方法將光源重建問題轉變成一個非線性的最優化問題。正則化方法最早在上世紀60年代由蘇聯科學院院士Tikhonov提出，用來求解形如Fx＝y方程的不適定問題。正則化的核心思想是在求解問題過程中引入先驗信息，從而得到對原問題有意義的解。正則化函數構造主要針對正則化項的形式進行研究，目前有L2范數、總變分(total variation，TV)范數和L_p范數的正則化項形式。基于稀疏特性的正則化方法(典型的的是L1正則化)由于融入了光源的稀疏先驗信息，能夠提高重建圖像的質量。但是該方法會導致重建的光源過于稀疏，進而降低成像的質量。TV正則化方法由于突出了光源的邊界信息從而改善了成像質量，但該方法會消除重建圖像中一些小的特征信息和小的物體信息(如稀疏光源)。使用聯合L1正則化和TV正則化的復合正則化方法，可以融合兩種正則化方法的優點，從而突破單一正則化方法的局限性，進而提高成像的質量。