[发明专利]基于相关熵匹配追踪的激发荧光断层重建方法

权利要求书

1.一种基于相关熵匹配追踪的激发荧光断层重建方法，所述重建方法适用于无创在体干细胞示踪中，包括以下步骤：

步骤A：获得实验动物的CT成像数据和表面激发荧光图像；

步骤B：将所述CT成像数据分割离散化，并对离散后的各个器官赋予相对应的光学参数，得到离散化后的动物模型；

步骤C：将所述表面激发荧光图像映射到所述步骤B中得到的离散化后的动物模型上，得到实验动物体表的光强分布，并据此建立所述实验动物体内的光子的传输模型；

步骤D：将所述光子的传输模型简化为扩散方程，并采用有限元方法将所述扩散方程转换为线性方程；以及

步骤E：基于正交匹配追踪的策略框架，使用相关熵的评价准则，迭代的求解所述线性方程，得到干细胞在实验动物体内的分布情况。

2.根据权利要求1所述的基于相关熵匹配追踪的激发荧光断层重建方法，所述步骤B中，根据标记干细胞的荧光探针的激发与发射波长，确定各器官的光学吸收和散射参数。

3.根据权利要求1所述的基于相关熵匹配追踪的激发荧光断层重建方法，所述表面激发荧光图像包含N个角度的表面激发荧光图像，N≥1。

4.根据权利要求1所述的基于相关熵匹配追踪的激发荧光断层重建方法，所述步骤D中，利用生物组织对光子散射和/或吸收的光学特性，将所述光子的传输模型简化为扩散方程。

5.根据权利要求1所述的基于相关熵匹配追踪的激发荧光断层重建方法，所述步骤D中，所述线性方程的形式为：

y＝Ax

其中，y是表面激发荧光图像的测量数据，A是系统矩阵，x是要求解的目标的分布向量。

6.根据权利要求5所述的基于相关熵匹配追踪的激发荧光断层重建方法，所述步骤E包括：

步骤E1：初始残差设置为r₀＝y，选取的列的集合为空集Λ₀＝φ，迭代次数k＝0；

步骤E2：更新迭代次数k＝k+1，选择系统矩阵A中与残差相关程度最大的列λ_k，将λ_k加入列的集合Λ_k＝Λ_k-1∪{λ_k}；

其中，λ_k为选中的列的索引；

步骤E3：依据最小化相关熵准则，利用下式计算该次迭代过程中的近似解：

w^(t+1)(i)＝g_σ(y(i)-(AX^t)(i))，i＝1,2,…,m；

其中，t表示算法迭代次数，g_σ(X)表示方差为σ²的高斯函数，i表示第i个样本，表示向量X为实数域内的n维向量，X的支撑集属于Λ_k，diag(w)表示以向量w的元素为对角线元素的矩阵，w为算法赋予每个测量数据的权重；

步骤E4：更新残差：

步骤E5：若k≥K或r_k＜c，计算结束，输出否则，返回步骤E2，其中K为最大迭代次数，由解空间中解的个数决定，c为残差阈值。

7.根据权利要求6所述的基于相关熵匹配追踪的激发荧光断层重建方法，所述步骤E2中，依照下式，选择系统矩阵A中与残差相关程度最大的列：

λ_k＝arg max|r_k-1,a_i|，i＝1,2,…,l；

其中，a_i表示系统矩阵A的第i列。

8.根据权利要求1所述的基于相关熵匹配追踪的激发荧光断层重建方法，所述步骤A中，所述CT成像数据和所述表面激发荧光图像通过将体外荧光探针标记的干细胞注入实验动物体内获得。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的基于相关熵匹配追踪的激发荧光断层重建方法，该重建方法应用于非高斯噪声中。