[發明專利]一種基于自適應近鄰正交最小二乘算法的光源重建方法

在審

• 申請號: 202210665288.9
• 申請日: 2022-06-13
• 公開（公告）號: CN115137307A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 易黃建;馬思豪;楊瑞剛;唐子堅;趙鳳軍;曹欣;郭紅波;何雪磊;侯榆青;賀小偉
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 孫雅靜

本發明公開了一種基于自適應近鄰正交最小二乘算法的光源重建方法，其實現步驟如下：(1)獲取測量數據；(2)歸一化表面數據；(3)使用自適應近鄰正交最小二乘算法進行重建，得到最優解；本發明適用于激發熒光分子斷層成像以重建熒光源為目標的光學分子斷層成像。基于本發明的重建采用自適應近鄰正交最小二乘方法進行重建，引入自適應策略降低了重建問題的病態性，使用近鄰策略選取最優支撐集，有效提高了熒光分子斷層成像的重建質量和空間分辨率，在光學斷層三維重建算法等領域有重要的應用價值。

技術領域

本發明屬于分子影像領域，具體為一種基于自適應近鄰正交最小二乘算法的光源重建方法。

背景技術

熒光分子層析成像(以下簡稱FMT)或熒光分子斷層成像，利用外界光源對生物體內的熒光分子探針進行激發使其發光，發出的熒光通過生物體外部的設備進行采集，利用光傳輸模型和數學方法可以反演出生物體內部熒光探針的三維分布。它是一種非侵入式的光學分子成像技術，具有很強的特異性和敏感性。因此，在腫瘤檢測、藥物開發和療效評價的預臨床研究中具有巨大的潛力。但是，光子的強散射和表面測量數據的不足，使得FMT重建結果不穩定，重建結果的質量還有待提高，而這些進一步阻礙了FMT在早期腫瘤檢測的應用進程。

FMT三維重建存在嚴重的病態性，在數學上是典型的逆問題。因為近紅外光在生物體組織中具有強散射特性，同時，獲取的表面熒光數據有限，并且還會有噪聲的干擾，這大大增加了問題的不適定性。為了獲得穩定而準確的解，各種正則化方法應用到FMT重建。

現在比較流行的正則化方法主要有基于L₂范數，L₁范數和L₀范數。其中，L₂范數的方法設計簡單，計算快捷，但其過平滑性往往導致重建分辨率差。FMT的一個典型應用就是腫瘤早期檢測模型，該模型中腫瘤相對成像目標來說具有顯著的稀疏特性。為了利用稀疏先驗信息，L₁范數和L₀范數正則化方法開始應用到該模型中。它們有效克服了L₂范數的過平滑弊端，解的稀疏性也較L₂范數有了很大的提高。因此得到了研究者的廣泛關注和重視。

發明內容

為了提高熒光分子斷層成像的重建結果質量，本發明提出了一種基于自適應近鄰正交最小二乘算法的光源重建方法，求解基于L₀范數的正則化問題。該算法是典型的貪婪算法，它不需要事先知道變量的稀疏度，而是能夠自適應的獲取稀疏度，同時采用近鄰策略選取最優支撐集，最終提高了熒光分子斷層成像的重建質量和空間分辨率。

具體流程包括：

一種基于自適應近鄰正交最小二乘算法的熒光分子斷層成像方法，包括以下步驟：

步驟一、獲取測量數據：采集目標生物體的表面熒光數據和解剖結構信息，對重建目標生物體進行有限元網格化，然后基于光子傳輸模型的擴散方程來近似模型，建立表面熒光數據與重建目標內部熒光團分布的線性關系；

Φ＝ΑX (1)；

其中，Φ為表面熒光數據，Α表示系統矩陣，X是要求解的重建目標內部熒光團的分布；

步驟二、歸一化測量數據：將步驟一中的線性關系轉化為L₀范數極小化問題：

||X||₀是0范數，表示非零元素數量，ε為給定的閾值；

步驟三、使用自適應近鄰正交最小二乘算法進行重建，得到最優解X。

可選的，所述的步驟三具體包括：

X＝K_i(S_i)；