[发明专利]一种基于自适应体素细分的光学断层成像方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应体素细分的光学断层成像方法，通过多模态分子影像系统获取投影数据和3DMED分割器官获得的解剖结构得到生物体表面的三维荧光分布，利用获得的三维分割图像进行体素的自适应细分；基于自适应细分的离散体素结构和表面映射的荧光分布，建立系统方程，求解目标函数，实现对生物体内靶向目标的准确、快速、高分辨率重建。本发明无需对组织进行四面体剖分，节省数据存储空间，克服了现有四面体有限元重建技术中必须对组织进行四面体剖分才能重建以及数据存储方面的局限性，能够对具有不规则解剖结构进行准确、快速成像，自适应体素细分更准确的描述组织边界信息，提高重建准确性。

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种基于自适应体素细分的光学断层成像方法。

背景技术

作为一种新兴的光学成像技术，光学三维成像是通过融合生物体体表测量的多角度光学信号、生物体的解剖结构和组织光学参数信息，基于精确的生物组织中的光传输模型重建活体生物体体内靶向目标的位置和强度分布信息，其中，生物组织中光传输过程的精确描述和靶向目标的准确快速重建是光学三维成像方法实现的基础。在光学三维成像技术中，激发荧光断层成像、扩散光学层析断层成像和自发荧光断层成像是三种主要的成像模态。基于自发荧光断层成像模态，中科院自动化所在其专利申请文件“一种基于自适应有限元的多光谱重建方法”(申请号：200710302337.8，申请日：2007-12-26，授权号CN200710302337.8，授权日2010.11.24)中提出了一种基于自适应有限元的多光谱重建方法，该方法利用多种先验信息、多谱信息，结合自适应有限元的方法，提出后验可行光源区域的策略，该方法能有效地提高自发荧光断层成像的重建质量和速度，在分子影像、重建算法等领域有着重要的应用价值。但是该方法是基于四面体有限元网格，必须对组织进行四面体剖分处理，用四面体数据构建前向矩阵，而构建四面体网格的过程比较复杂，重建流程繁琐。而对组织采用六面体体素进行处理，则极大降低了数据处理的复杂性。六面体体素相对于四面体有限元网格在存储空间和处理效率上更加具有优势，一般相同节点数量的情况下，六面体体素数量是四面体体素数量的1/5，所以可以极大的降低数据存储空间。

传统的对组织进行六面体体素处理过程，仅仅对组织进行单一类型的体素化，无法精确的描述组织边界信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自适应体素细分的光学断层成像方法，旨在解决传统对组织进行四面体有限元求解时，四面体剖分复杂，而对于组织进行六面体体素处理过程，仅仅对组织进行单一类型的体素化处理，无法精确描述组织的边界信息的问题。

本发明是这样实现的，一种基于自适应体素细分的光学断层成像方法，所述基于自适应体素细分的光学断层成像方法包括：多模态的数据采集和自适应体素细分，对体内光学信号重建；通过多模态分子影像系统获取投影数据和3DMED分割器官获得的解剖结构得到生物体表面的三维荧光分布，利用获得的三维分割图像进行体素的自适应细分；基于自适应细分的离散体素结构和表面映射的荧光分布，建立系统方程，求解目标函数，实现对生物体内靶向目标的准确、快速、高分辨率重建。

进一步，所述基于自适应体素细分的光学断层成像方法包括以下步骤：

步骤一，采集数据，利用分子影像系统，依次采集用于光学三维成像的多角度荧光数据、用于光学特性参数重建的多角度激光数据和用于获取动物体解剖结构的计算机断层成像投影数据；

步骤二，图像预处理和分割，采用3DMED软件对预处理后的计算机断层成像投影数据进行三维重建，获得动物体三维体数据；应用3DMED软件中的人机交互式分割方法对获得的动物体三维体数据进行器官分割，获取动物体解剖结构；

步骤三，光学数据三维表面映射，利用步骤二获取的动物体解剖结构和步骤姨获取的荧光数据，应用非接触式光学断层成像方法利用生物体表面三维能量重建技术获取动物体表面的三维荧光数据分布；

步骤四，对组织进行自适应体素划分；