[发明专利]一种生物活体激发荧光成像中的去除背景荧光干扰的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物活体激发荧光成像图像预处理方法，具体涉及一种生物活体激发荧光成像的背景荧光干扰去除方法。

背景技术

生物活体激发荧光成像是近年发展起来的一种成像模态，它利用外部光源激发生物活体体内荧光探针，采用荧光采集装置拍摄生物活体体表荧光信号并进行分析，能够对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究，被广泛用于疾病早期诊断、疗效监测、新药研发等领域。

背景荧光来自荧光探针在非目标处的分布代谢和生物活体自身某些组织，比如小动物肠子、脂肪、皮肤等组织受外部光源激发后产生的荧光。在400nm-700nm可见光波段，背景荧光信号较强，对目标荧光信号的检测产生干扰，严重时将淹没有用的目标荧光信号。

现有技术中，通常采集不同波长的荧光图像，对荧光图像进行数值处理，从而去除背景荧光干扰。中国发明专利申请，公开号：CN102096914A，公开了一种生物荧光图像中自体荧光干扰的去除方法。该方法采集两幅不同波段的激发荧光图像，经过聚类分析和种子漫水等数值方法处理，最终去除自体荧光干扰。该方法要求激发荧光图像一中染料的激发效率高于激发荧光图像二中荧光染料的激发效率，且激发荧光图像一的激发光波长大于激发荧光图像二的激发波长。但是不难看出，上述方法在实施过程中存在以下缺陷：

1、需要两个不同波长的激发光源，对成像系统硬件有一定要求；

2、要求使用的荧光染料在长波长下的激发效率要高于短波长下的激发效率，对使用的荧光染料有一定要求；

3、采用聚类分析和种子漫水等数值方法，运算比较复杂。

发明内容

针对目前技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种对激发光源和荧光染料无特殊要求、运算简单的去除背景荧光干扰的方法。

为实现所述目的，本发明提供的方法利用生物活体荧光成像过程中有用荧光强度和背景荧光干扰强度随时间变化程度不同的特性，通过正交投影运算，达到去除背景荧光干扰的目的。采用的技术方案如下：

一种生物活体激发荧光成像中的去除背景荧光干扰的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）采集图像；连续采集K幅同一波长光源激发下的生物活体表面的原始荧光图像，记为A_j，j=1,2,...,K，同时每幅原始荧光图像由M×N个像素组成，其中，M为图像中像素的行数，N为图像中像素的列数；

（2）图像拼接；将所述K幅原始荧光图像进行拼接，得到拼接图像B，所述拼接图像B由K×L个像素组成，其中，K为图像中像素的行数，L=M×N为图像中像素的列数；

（3）计算所述拼接图像B的第一归一化非负主分量，标记为v，利用该归一化非负主分量构建正交投影矩阵，标记记为P；

（4）利用正交投影矩阵P对所述拼接图像B进行投影操作，获得投影后的组合图像C，再对所述图像C的第一行进行重组，获得一幅包含M行N列像素的荧光图像D，完成生物活体荧光成像的背景荧光干扰去除。

需要说明的是，所述拼接图像B的步骤包括：将采集的每一幅原始荧光图像的第1行到第M行拼成一行，该行包括L个像素，由K幅图像得到K行像素，该K行像素自上而下排列，构成一幅包含K行L列像素的组合图像。

需要说明的是，所述正交投影矩阵为：

P=I-1KvvT;]]>

其中，v为第一归一化非负主分量，I为单位矩阵，K为采集图像的幅数，T为转置算子。

需要说明的是，所述去除背景荧光干扰后的荧光图像D包括以下步骤：

（1）将所述组合图像C的第1行像素等分成M份，每一份包括N个像素；

（2）将获得的M份N个像素自上而下排列，获得一幅由M行N列像素构成的去除背景荧光干扰的荧光图像D。

作为一种优选的方案，所述步骤1中的K取值范围为4～8。

本发明的有益效果在于：

1、仅需一个波长的激发光源，对生物活体荧光成像系统硬件无特殊要求；

2、对荧光染料在不同波长下的激发效率无要求；正交投影通过矩阵相乘完成，运算简单；

3、本法明应用范围广，通用性强，计算复杂度低。

附图说明