一种小动物生物发光成像光源定位方法

摘要

本发明公开了一种小动物生物发光成像光源定位方法，包括以下步骤：利用定量光学分子断层成像装置和有限元方法构建小动物体表测量数据向量与体内未知光源分布的关系；采用代数迭代重建方法计算小动物体内光源分布；根据稀疏度确定阈值，利用阈值对采用代数迭代重建方法得到的光源分布进行修正；多次循环后，最终得到小动物体内光源分布。本发明的有益之处在于：不需要在重建问题的数学模型中加入l₀正则化项，更不需要采用l₁范数或l_p(0<p<1)范数对l₀范数进行近似求解，而是直接利用稀疏度对代数迭代重建方法得到的光源分布进行修正，由于没有采用已有技术中的范数近似，所以本发明的方法提高了小动物体内的光源定位精度。

主权项

一种小动物生物发光成像光源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：一、获取小动物体表光学信号与内部结构信息：1.a利用定量光学分子断层成像装置获取小动物体表的二维生物发光图像和内部结构的三维计算机断层图像；1.b将采集到的生物发光图像排列成数据向量，并利用有限元方法构建数据向量与体内未知光源分布的关系，如下式：y＝Ax+n                     (1)式中，y由生物发光图像得到，大小为M行1列，A为由计算机断层图像得到的系数矩阵，大小为M行N列，x为小动物体内的未知光源分布，大小为N行1列，n为噪声，大小为M行1列；二、设定初值：设定初始光源分布x，初始阈值β，初始稀疏度其中，x≥0，β≥1，三、迭代更新光源分布：3.a取系数矩阵的第1行，记为A₁，取数据向量Y的第1个元素，记为y₁，计算增量：$\Delta =\gamma \frac{A_1(y_1-A_{1}x)}{{\left|\right|A_1\left|\right|}_2^2}---\left(2\right)$式中，为A₁的l₂范数的平方，γ为权值，γ<1；3.b利用上述增量△更新x，更新后的x用x'表示，有：x'＝x+Δ                (3)；3.c将步骤3.b得到的x'代入式(2)，取系数矩阵A的第2行A₂和向量y的第2个元素y₂，计算新的增量Δ，继续利用式(3)更新x；直到利用系数矩阵A的第M行和向量y的第M个元素计算增量并更新x完毕，更新完毕后的光源分布记为x_new；四、阈值修正光源分布：4.a取步骤3.c得到的x_new的最大元素，记为x_max，计算$\alpha =\frac{x\_\max }{\beta };$4.b将x_new的第1个元素到第N个元素依次与步骤4.a的α进行比较，若所述元素小于α，则将所述元素设为零，得到修正的光源分布，记为4.c利用下式计算上述修正的光源分布的稀疏度：$\psi =\frac{\sqrt{N}-{\left|\right|{\bar{x}}_{\mathrm{new}}\left|\right|}_1/{\left|\right|{\bar{x}}_{\mathrm{new}}\left|\right|}_2}{\sqrt{N}-1}---\left(4\right)$式中，分别为的l₁范数和l₂范数；4.d将步骤4.c得到的稀疏度ψ与初始稀疏度进行比较，如果则改变阈值β并返回步骤4.a、4.b和4.c再进行计算和判断；如果则将得到的阈值和修正的光源分布分别记为□□和执行步骤五；ε为误差；五、计算误差和判断停止条件：根据步骤4.d中修正的光源分布计算并将与式(1)中的y进行比较，如果则以步骤4.d得到的和作为初始阈值和初始光源分布，即和返回步骤三和步骤四，再次迭代更新光源分布和阈值修正光源分布；如果作为最终光源分布，记为x_opt，执行步骤六；六、光源定位：根据步骤五得到的最终光源分布x_opt，找到所述最终光源分布的最大元素位置，完成光源定位。