[发明专利]切伦可夫荧光激发的扫描光片断层成像方法

权利要求书

1.切伦可夫荧光激发的扫描光片断层成像方法，其特征在于：该方法利用在生物体表高灵敏度探测器获取的荧光图像来重建荧光量子产额的分布；该方法包括两个过程，一是通过直线加速器产生X射线光片扫描生物体产生切伦可夫辐射并作为内部激发光源激发荧光团，即激发过程；二是激发出的荧光穿透生物组织到达生物体表后利用外在的高灵敏度探测器获取荧光信号，即发射过程；

为准确地描述激发和发射过程，本方法采用耦合的扩散近似方程，扩散近似方程形式为：

其中，下标x和m分别代表激发和发射两个波段，为梯度算子，Φ_x(r)是r处激发波段的切伦可夫光强，Φ_m(r)是发射波段r处的荧光光强，μ_ai(r)(i＝x,m)代表光学吸收系数，D_i(r)(i＝x,m)代表光学扩散系数，μ_af(r)是荧光团对激发光的吸收系数，η是荧光团量子效率，ημ_af(r)是需要重建的荧光量子产额；对于公式(1)中的光源项q(r)，它是一个内在的激发光源而不是外在的，是通过放射治疗中直线加速器产生的切伦可夫辐射；考虑到大于6兆电子伏的X射线在生物组织中衰减小，且光束厚度小于5毫米，因此将切伦可夫辐射简化为一个均匀分布的光片光源；

采用罗宾型边界条件：

式(2)中，下标x和m分别代表激发和发射两个波段，是边界的单位法向量，A是取决于边界光学反射系数偏差的特定常量；

切伦可夫激发的荧光扫描断层成像方法就是利用发射过程中采集的荧光图像来重建荧光量子产额，这是典型的病态逆问题；为重建荧光量子产额，基于正则化理论，第k次迭代的荧光产额变化量通过式(3)中的迭代方程更新得到：

其中，k表示迭代次数，λ是正则化参数，Φ^meas是测量的荧光图像，是计算的发散过程荧光图像，即通过求解方程(1)得到；T表示矩阵转置，J_k是雅克比矩阵，其形式为：

其中，表示数学中的偏导算子，I_i(i＝1,...,NM)表示测量的荧光图像Φ^meas中第i个测量值，雅克比矩阵J的大小为(M×N)×NN；M表示光片扫描的数量，N表示边界测量点的数目，NN表示将生物体有限元离散后节点的数目；雅克比矩阵J_k是通过有限元方法对公式(1)进行离散后得到的；

如果当前迭代次数k大于最大迭代次数k_max或者时，式(3)停止迭代，否则继续迭代直到满足停止条件。