[发明专利]一种直接融合结构成像的生物发光断层成像重建的方法

说明书

一种直接融合结构成像的生物发光断层成像重建的方法，属于医学图像处理领域，本方法针对现有的生物发光断层成像重建算法中存在的问题，提出了一种融合其他成像模态进行BLT重建的方法，它利用结构成像方式获得的重建图像作为先验信息计算得到自适应的正则化矩阵，进而实现BLT重建。首先基于扩散方程模拟光在生物组织中的传输规律，利用有限元方法进行数值求解；为实现融合结构成像进行BLT重建，并考虑到荧光光源的稀疏特性，提出了一种不需对结构图像组织分割便可融合的方法。为实现对上述方法的求解，提出了基于Split‑Bregman的迭代方法进行求解。

技术领域

本发明属于医学图像处理领域，涉及一种直接融合结构成像的生物发光断层成像重建算法。

背景技术

随着人类对生命奥秘的不断探索以及现代计算机技术的飞速发展，各种医学影像技术和医学成像设备也进入了快速发展期。从传统的计算机断层成像(ComputedTomography，CT)、超生成像(Ultrasound Imaging，USI)、核磁共振成像(MagneticResonance Imaging，MRI)、正电子成像(Positron Emission Tomography，PET)、单光子发射断层成像(Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT)发展到激发荧光断层成像(Fluorescent Molecular Tomography，FMT)和生物发光断层成像(Bioluminescence Tomography，BLT)等多种成像模态，这些成像技术极大推动了生命科学的进步。

生物发光断层成像(以下简称BLT)作为一种重要的成像模态，利用其高灵敏度、背景噪声低等特性，可以在生物体表获得荧光图像重建生物体内荧光源的分布以及细胞分子水平变化。BLT由于能够反映信号深度的信息，已经成为光学分子影像的一个重要分支。生物发光断层成像技术不需要外在光源的激发，而是通过一种生物化学发光反应在体内发光。体内产生的荧光在生物组织内部以某种规律传播并不断地与生物组织发生相互作用，并到达体表。最后，在生物组织体表利用高灵敏度的探测器获得的荧光图像就可以重建出荧光光源在小动物体内的分布情况，从而在本质上揭示在体分子的活动规律。

然而生物体组织具有强散射、弱吸收的特点，荧光光子无法在生物组织中沿直线传输，而是经历了大量的散射过程，导致BLT逆问题在数学上是一个高度病态的问题，外界微小的测量扰动都会给重建结果带来很大的变化。因此，降低BLT的病态性，如何唯一、准确地重建荧光光源是BLT研究的重点及热点。

近年来，国内外研究学者为了解决BLT成像的准确性和可靠性等难题做了各种尝试。国内外研究人员为降低其病态性做了很多工作，一般都是从不同角度为该问题提供各种不同的先验知识。其中，融合结构成像的方法能够起到很好的BLT重建效果。但在融合结构成像时往往需要人为对结构成像图片进行基于不同生物组织的分割，这样往往会消耗过多的时间，同时人为带有主观性的分割方式也会为BLT重建带来不可预知的误差。