一种生物发光断层成像重建方法

摘要

本发明公开了一种生物发光断层成像重建方法，本发明利用生物发光断层成像数据采集平台获取小动物体内的生物发光光源在体表的信号分布情况和MicroCT系统获取小动物体的解剖结构信息，然后基于辐射传输方程的三阶简化球谐近似模型和有限元网格构建系统方程，采用基于压缩感知的稀疏正则化方法求解系统方程进而得到精确的生物体内光源的定位信息。利用本发明的生物发光断层成像的重建方法可以通过二维的小动物体表的光源分布和解剖结构信息反演出小动物体内的三维光源分布和定位信息。

主权项

一种生物发光断层成像重建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)数据采集与预处理，其中，在已产生荧光光子的生物体采集多角度BLT荧光和白光数据，以及生物体的360度CT投影数据，并进行数据格式转换、除去噪声点、荧光和白光数据叠加、几何校正数据预处理；(2)生物体组织结构信息获取，其中，设置感兴趣区域，利用Micro‑CT软件进行数据重建，重建后的CT数据进行器官分割、融合形成完整的生物体数据，对分割后的数据进行生物体表面数据的提取和内部体数据的剖分，并保存两组数据；(3)生物体表荧光数据获取，其中，对步骤(1)获取的预处理后光学数据与步骤(2)获取的生物体解剖结构，应用自由空间光传输理论，将CCD相机获取的二维光学数据映射到生物体表面，获取生物体表面的三维荧光数据分布；(4)前向光传输模型构建，其中，利用三阶简化球谐近似模型描述生物组织内的光传输过程，推导出三阶简化球谐近似方程及其边界条件的边界测量方程，通过生物发光断层成像获取生物体的解剖结构、各生物组织的光学参数先验信息，基于hp自适应有限元方法建立内部未知光源和表面已知测量值之间的线性关系，得到如下系统矩阵方程：J^+,m＝GS其中J^+,m为生物体表面上光通量密度的测量值，G为系统矩阵，S为生物体内的光流密度分布。(5)稀疏正则化目标函数建立，其中，由于生物发光断层成像中生物体内光源分布具有稀疏性，基于压缩感知理论，将上述线性矩阵方程表示为如下基于0范数的稀疏正则化形式：min||GS‑J^+,m||²+λ||S||₀其中λ为正则化参数；其次，基于稀疏近似，构建BLT逆问题目标函数为如下的l_1/2正则化方程：min||GS‑J^+,m||²+λ||S||_1/2；(6)目标函数的优化求解，其中，采用加权内点法将l_1/2正则化目标函数转化为重赋权的l₁正则化极小化问题，然后内点法求解极小化问题获取生物体内荧光光源的三维定位定量信息；(7)三维重建结果显示。