[发明专利]一种基于线性关系的荧光分子断层成像重建方法

说明书

技术领域

本发明属于在生物医学中图像重建的技术领域，涉及一种三维图像重建方法。

背景技术

分子成像是近年来生物医学领域的一个热门方向。分子成像，广义上可以定义为在分子和细胞水平对活体状态下的生物过程进行的定性和定量的测量[R.Weissleder，Radiology，2001]。荧光分子断层成像(FMT)是分子成像中的一个重要方面。它被广泛的应用在生物，医学研究领域，使得荧光分子成像已经从一种定性的用作切片检查的工具变成了一种能够用于准确的，3维成像的工具。

荧光分子断层成像的关键在于获得多个角度的投影数据用于重建。同CT等基于高能射线的设备有所不同，光(400nm～900nm)在生物组织中的传播不是遵循直线传播。这个光传播路径可以近似用漫射方程来描述。利用基于漫射方程模型的重建方法，从多个角度投影数据就可以断层地重建出荧光探针的浓度分布。

R.B.Schulz等人[R.B.Schulz，IEEE Transactions on Medical Imaging，2004]提出了一个基于解析解的重建方法，能够得到表面检测到荧光强度同内部荧光体浓度分布之间的线性关系。这种方法假设成像物体的光学参数是均匀的。然而，实际成像的实验用鼠的光学参数是非均匀的。因而，光学参数估计的不准确性会导致重建结果的很大失真。S.Bjoern等人[S.Bjoern，Advances in Medical Engineering，2007]对光学参数估计不准确造成失真做了研究。

白净教授领导的医学成像实验室在2007年发表了基于有限元方法的重建方法[X.Song，Optics Express，2007]，能够处理非均匀的光学参数，同时在方法中计算得到表面检测到的荧光强度同未知的荧光探针分布之间的线性关系，进而进行重建。这些方法具有准确，在迭代过程中不需要反复求解梯度以及二届梯度的特点，因而计算速度以5-10分钟计。然而，在计算线性关系的过程中，有针对大规模稀疏矩阵求逆的操作，限制了方法的计算速度地进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为荧光分子断层成像系统提供一种重建方法，其特点是能够快速准确地建立实验用鼠表面检测到的荧光强度同未知的荧光探针分布之间的线性关系，实现重建。在这个过程中，方法能够处理不规则的成像物体以及非均匀的光学参数。方法中：在其它成像模式，如CT，得到的分割好的实验用鼠图谱的基础上，利用二值图像轮廓线提取以及数值拟合的方法得到实验用鼠的不规则外表面轮廓；在实验用鼠图谱上，通过查表的方法确定实验用鼠体内的非均匀光学参数，包括吸收和散射参数；针对每个激发光源-荧光检测对，利用一个向量-稀疏矩阵乘积的方法得到这个检测点处的荧光强度同未知的荧光探针分布之间的线性关系。

本发明的特征在于，所述方法是用一台计算机依次按以下步骤实现的：

步骤(1).把用CT成像设备分割完毕的生物实验用鼠的分层的图谱输入所述计算机中，该计算机通过下述图像处理方法得到外表面轮廓，并把所表述表面轮廓建模成几何体：

步骤(1.1).对所述图谱的每一层图像I，用一个相同的阈值thr＝0.5进行二值化：大于所选阈值thr者取1，小于或等于该阈值thr者取0，把该图谱中的组织和背景依次用所述的“1”和“0”分开，得到每一层图像的二值图BI：

BI[row,col]=1,I[row,col]>thr,0,I[row,col]≤thr,]]>

其中，row代表该图像I的行，col代表该图像I的列，