[发明专利]生物自发光断层成像中最佳光源可行性区快速选取方法

说明书

技术领域

本发明涉及分子影像成像模态-自发荧光断层成像（BLT）技术，特别涉及到一种最佳光源可行性区的自动选取方法。

背景技术

生物发光断层成像(Bioluminescence Tomography，BLT)是分子影像学的一个重要分支，可以从细胞和分子水平对生物体内肿瘤的生长和转移，特定基因的表达等诸多生物学过程进行分析和检测，具有灵敏度高、无创伤、操作简单、成本低等优点，可以广泛应用于肿瘤检测、基因治疗及药物开发等领域。

BLT重建的目的在于通过检测生物体表的光子密度来计算生物体内光源的正确分布，但是由于荧光光子在生物体内传播中受到组织器官的吸收散射等作用，光子传播方向复杂，同时CCD相机只能采集到生物体表的信息，不能完全反映生物体内所有点的光学信息。因此BLT重建是一个严重的病态问题，并且对噪声非常敏感。

为了得到稳定并且准确的重建结果，通常需要足够的先验知识。因光源可行性区能够限定体内光源的分布区域，减少生物组织内的未知量，提高重建光源的唯一性和准确性而常常当作一种重要的先验信息。但由于缺乏对生物体内发光源的直观了解，导致光源可行性区的选取有着很大的随机性及不确定性，并且在传统的光源可行性区选取方法中人为干涉太多，难以实现自动及最优化选取。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述重建过程中光源可行性区选取的不足，提高可行性区选取的自动性，稳定性及准确性，以进一步提高重建质量。

本发明为解决上述技术问题，提出一种生物自发光断层成像中最佳光源可行性区快速选取方法，根据一个有效的重建过程中其重建光源有趋近于真实光源的特性，经过一定次数的迭代，得到一个接近真实光源的重建中心点，并将其设为最佳光源可行性区中心点，进而确定最佳光源可行性区的大小；其中，

最佳光源可行性区中心点的计算具体包括以下步骤：

步骤1：在生物自发光断层成像中任意选取一个光源可行性区R₀，其中心点为点P₀；

步骤2：利用生物自发光断层成像重建算法对于生物自发光断层成像进行求解，得到一个重建光源，设该重建光源的中心为点P₁；

步骤3：计算重建光源的中心点P₁与光源可行性区中心点P₀的几何距离d，若该几何距离d小于设定阈值μ，则以P₁点为最佳光源可行性区中心，算法结束；若该几何距离d大于或等于设定阈值μ，则以P₁点取代P₀点重新设定光源可行性区R₀，返回步骤2，逐步迭代；其中阈值μ的取值根据重建算法的精度设定，取值范围为0<μ<0.8mm；

步骤4：记录迭代次数，若步骤3中迭代次数达到设定最大次数，或重建光源的中心点与光源可行性区中心点之间的几何距离d小于设定阈值μ，则算法结束，并以最后一次重建中心点为最佳光源可行性区中心点；

光源可行性区大小的确定包括以下步骤：

步骤5：根据未知光源与生物体表面光强之间的相关性，对光子传输方程进行如下简化，得到如下两个方程：

f(S)=Φ^m(1)

f(R)=Φ^c(2)

其中f()表示任意一种能够描述光子在生物组织内传输的方程，S为真实光源，R为光源可行性区，Φ^m为生物体表面测量光强值，Φ^c为生物表面计算光强值，比较两式得知，当光源可行性区R越接近于真实光源S时，Φ^c与Φ^m的相关度越高；

步骤6：利用得到的光源可行性区中心点P₁设立一个初始光源可行性区R₁；

步骤7：以可行性区R₁为光源，利用生物自发光断层成像前向公式计算生物表面光强值Φ^c，并与真实测量光强值Φ^m比较，求其相关系数cor的值；

步骤8：对步骤7求得的相关系数cor的值进行判断，若相关系数cor的值小于设定的阈值γ，且迭代次数小于最大迭代次数，则收缩光源可行性区大小，并转到步骤7；若相关系数cor的值大于设定阈值γ，或者是迭代次数达到设定的最大次数，则停止迭代，并从记录中的相关系数cor值中选取一个最大的值，同时以其对应的光源可行性区大小作为最佳可行性区大小，其中阈值γ的设定范围是0<γ≤1。