The invention belongs to the field of optical molecular imaging technology, and discloses an optimization method for the feasible region of fluorescent molecular tomography; uses finite element calculation software to divide tetrahedral meshes of the imitated body, establishes the linear relationship between the surface measurement value and the distribution of internal fluorescent targets; uses incomplete variable truncated conjugate gradient method and conjugate gradient least square method to solve the system equation, and obtains two groups. According to the three-branch decision theory, two groups of positive domains of reconstruction results are divided, and the target feasible area is merged to form the next reconstruction area. Then the incomplete variable truncated conjugate gradient method and conjugate gradient least squares method are used to reconstruct, and the improved final results are obtained. The invention adopts two different reconstruction algorithms to reconstruct, extracts the positive domain of two sets of results, and completes the final reconstruction in this region. The invention can acquire an accurate target range area, effectively alleviate the ill-conditioned nature of the problem, and the image quality of the two reconstruction methods is obviously improved.
【技术实现步骤摘要】
一种荧光分子断层成像可行域优化方法
本专利技术属于光学分子成像
,尤其涉及一种荧光分子断层成像可行域优化方法。
技术介绍
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 ...
【技术保护点】
1.一种荧光分子断层成像可行域优化方法,其特征在于,所述荧光分子断层成像可行域优化方法包括:第一步,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;第二步,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;第三步,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;第四步,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。
【技术特征摘要】
1.一种荧光分子断层成像可行域优化方法,其特征在于,所述荧光分子断层成像可行域优化方法包括:第一步,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;第二步,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;第三步,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;第四步,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。2.如权利要求1所述的荧光分子断层成像可行域优化方法,其特征在于,所述第一步具体包括:(1)基于全角度非接触型成像系统,应用高性能CCD相机采集所有角度的荧光数据;(2)建立圆柱仿体模型,使用有限元网格剖分软件COMSOLMultiphysics对仿体进行离散化,将成像区域Ω划分为m个互不重叠的四面体单元(Ω1,Ω2,...,Ωm)和n个网格节点(p1,p2,...,pn);第i个结点表示为pi,1≤i≤n,第i个节点的荧光产额值表示为Yi;(3)建立表面测量值与荧光目标分布的线性关系,构建荧光分子断层重建问题的系统方程;表示边界测量值,A为系统矩阵,X表示所要求解的荧光目标的分布。3.如权利要求1所述的荧光分子断层成像可行域优化方法,其特征在于,所述第二步具体包括:基于同一网格,分别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,得到两组全域重建结果,各节点的荧光产额值,分别记做:4.如权利要求1所述的荧光分子断层成像可行域优化方法,其特征在于,所述第三步具体包括:(1)设置初始阈值α(0<α<1),根据三支决策理论,筛选出两组重建结果output1,o...
【专利技术属性】
技术研发人员:宋小磊,焦璞,易黄建,梁嘉翔,赵凤军,曹欣,贺小伟,侯榆青,
申请(专利权)人:西北大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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