一种活体动物血管新生定量分析方法

摘要

一种活体动物血管新生定量分析方法，其包括如下步骤：（1）活体动物指定区域的CT成像步骤；（2）血管数据的分割步骤；（3）活体动物指定区域的荧光断层成像步骤；（4）选出活体动物新生血管区域中血管的CT图像步骤；（5）利用稀疏PCA技术分析血管拓扑结构参数步骤；（6）血管新生的定量步骤。本发明可以完成活体动物血管新生的定量；利用荧光断层成像选出血管新生区域中的血管，基于稀疏PCA技术完成血管新生的精确定量，并且本发明利用稀疏PCA技术，制定血管新生的定量方法，并在定量时，根据稀疏PCA处理的结果为每个血管拓扑结构参数分配不同的权重值，区分不同血管拓扑结构参数的贡献的大小。

主权项

一种活体动物血管新生定量分析方法，包括如下步骤：(1)活体动物指定区域的CT成像步骤，其包括，利用X光探测器采集动物多个角度的投影数据；利用滤波反投影方法对投影数据进行重建，得到活体动物指定区域的CT数据；(2)血管数据的分割步骤，其包括，对活体动物指定区域CT重建后的数据进行阈值分割，所述阈值为预设的CT图像灰度值；逐渐增大所述阈值保证分割后的数据中包括完整的血管和骨骼并保存结果，并将所述数据标记为R；对R继续增大阈值进行分割，直到数据中只包含骨骼；逐渐对仅包含骨骼的数据进行膨胀处理，并将膨胀后的骨骼标记为B，使得膨胀后的骨骼恰好与R中的骨骼完全重叠；将R中膨胀后的骨骼B所对应的坐标点置为背景像素值，得到活体动物指定区域血管的CT图像，并将所述指定区域血管的CT图像标记为V；(3)活体动物指定区域的荧光断层成像步骤，其包括，采用多点激发的透射式断层成像模式进行成像，用CCD相机从多个角度采集尾静脉注射靶向血管新生的荧光探针的活体动物指定区域表面的荧光信号Φ^m；采用扩散近似方程描述荧光在动物指定区域内的传输过程，并建立活体动物体表测得的荧光信号Φ^m与内部荧光探针分布图像F的线性方程并求解，得到活体动物指定区域荧光探针的分布图像F；(4)选出活体动物新生血管区域中血管的CT图像步骤，其包括，假设活体动物指定区域的血管新生分为M个阶段，求所有M个阶段的荧光断层图像F₁,F₂,···,F_M所占具三维空间的并集Ω，并依次选出所有M个阶段的血管的CT图像V₁,V₂,···,V_M中属于Ω的血管体素点，得到活体动物血管新生区域中血管的CT图像，标记为NV_i，i＝1,2···M；(5)利用稀疏PCA技术分析血管拓扑结构参数步骤，其包括，对每个阶段的新生血管区域的CT图像NV_i，i＝1,2···M，进行三维中心线提取，然后计算M个阶段的血管拓扑结构参数，得到M×N维的血管拓扑结构参数矩阵P，其中N为血管拓扑结构参数的个数；对P进行标准化处理，得到血管拓扑结构参数矩阵X；利用稀疏PCA技术分析血管拓扑结构参数矩阵X，并且在稀疏PCA求解的过程中不断调节稀疏正则化参数的取值，保证只有第一主成分有非零的负荷量；(6)血管新生的定量步骤，其包括，(6a)整合所有稀疏PCA第一主成分中的新生血管拓扑结构参数，可以得到第i个阶段活体动物指定区域中血管新生区域血管的量Q_i；$Q_i=\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\Gamma }^2\left(X_{i,n}\right)·X_{i,n};$其中，X_i,n为血管拓扑结构参数矩阵X中第i行，第n列变量，Γ²(X_i,n)为变量X_i,n的负荷量的平方，此处Γ²(X_i,n)的值代表不同的拓扑结构参数对血管新生贡献的大小；(6b)计算第i个阶段活体动物指定区域血管新生的百分比W_i；$W_i=\frac{Q_i-Q_1}{Q_1}·100\%,i=\mathrm{1,2}...M.$