[发明专利]一种荧光分子断层成像可行域优化方法

说明书

本发明属于光学分子成像技术领域，公开了一种荧光分子断层成像可行域优化方法；使用有限元计算软件对仿体进行四面体网格划分，建立表面测量值与内部荧光目标分布的线性关系；利用不完全变量截断共轭梯度法、共轭梯度最小二乘法求解系统方程，得到两组重建结果；根据三支决策理论划分出两组重建结果的正域，合并构成目标可行区，作为下一级重建的区域；再次使用不完全变量截断共轭梯度法、共轭梯度最小二乘法进行重建，得到改进后的最终结果。本发明采用两种不同的重建算法进行重建；提取出两组结果中的正域；在此区域内完成最终重建。本发明能够获取到准确的目标范围区域，有效缓解了问题的病态性，上述两种重建方法的图像质量均得到明显提升。

技术领域

本发明属于光学分子成像技术领域，尤其涉及一种荧光分子断层成像可行域优化方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：作为光学分子成像技术的重要分支，荧光分子断层重建(FMT)借助特定波长的激发光照射被荧光标记物的生物体，然后基于全角度非接触式成像系统，应用高性能CCD采集生物体表面的光强分布，结合合适的数学模型反演出荧光标记物在生物体内的三维分布和荧光浓度，该技术能够在分子水平上实现对生物体生理过程和病理变化的在体动态监测。荧光分子断层重建的成像灵敏度高，成本低以及荧光探针标记技术发展较为成熟，从而使其在肿瘤早期检测、药物研制和治疗评估等方面具有很大优势。荧光分子断层重建主要涉及两大问题：正向问题和逆向问题。由于光在生物组织中传播时具有高散射、低吸收的特点，因此正向问题的主要任务为建立数学模型来描述光在生物组织中的传输过程，通常使用辐射传输方程(RTE)来描述这一过程。但是在实际使用中，辐射传输方程的求解十分复杂，在大多数情况下无法求解出解析解，因此一般使用漫射方程来近似逼近辐射传输方程，然后使用有限元这一数值方法求解漫射方程，获得每个节点的能量分布值。逆向问题则是指基于正向问题建立的光传输模型，选择一定的重建算法，求解出荧光标记物在生物体内的位置和浓度分布信息。由于在逆问题求解过程中，未知数量远远大于方程数量，因此逆问题具有严重的不适定性。目前主要围绕降低逆问题病态性，更加精确有效的定位荧光目标的位置及分布。但是基于传统方法，无法一次性精确定位到荧光目标的准确位置，为了提高图像质量，减少计算过程中的数据量，通常可以借助可行域，基于经典重建算法，可以达到改进重建方法的目的。采用传统重建算法得到的结果中，虽然能够逼近荧光目标，但通常无法给出荧光标记物的精确分布，这使得重建结果在后续研究中的参考意义大打折扣，降低了荧光分子断层重建技术的应用价值。通常在使用目标可行区提高重建质量时需要参考初次重建结果，因此初次重建结果的精确度决定着可行域的选取范围，如果未能准确提供荧光目标存在的范围，将造成下一级重建结果失准，继而无法得到更加准确的目标定位。

综上所述，现有技术存在的问题是：采用传统重建算法得到的结果无法给出荧光标记物的精确分布，使得重建结果在后续研究中的参考意义大打折扣，降低了荧光分子断层重建技术的应用价值；在小动物全身成像、人体乳腺器官成像的临床及预临床研究中无法提供有效的重建结果。

解决上述技术问题的难度和意义：借助三支决策理论的思想可以将重建区域划分为三部分：正域、负域及边界域，设置初始阈值，根据各节点的能量值，筛选出处于正域中的节点构成可行域，作为下一次重建的区域。在这个过程中，去掉荧光能量值较小的节点，保留能量值较大的节点进行二次重建，有效地去除了噪声数据，能够进一步提升可行域的准确度。最后使用上述两种方法进行二次重建时，本发明能够有效提升两种方法的重建精度。在本发明中，如何合理地设置阈值参数使决策风险损失最小一直是三支决策理论的挑战性难题，选择正域能够尽可能地保证重建范围不会存在较大偏差，接近目标所在区域。在使用其指导下一级重建时，能够提供准确的目标范围依据，有利于提高重建质量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种荧光分子断层成像可行域优化方法。

本发明是这样实现的，一种荧光分子断层成像可行域优化方法，所述荧光分子断层成像可行域优化方法包括：