[发明专利]X射线发光断层成像的目标可行区提取方法

说明书

本发明属于分子影像技术领域，公开了一种X射线发光断层成像的目标可行区提取方法，基于光传输理论和有限元方法，利用光学特性参数和解剖结构等先验信息，设计N组不同网格进行全域重建，基于N个网格重建结果的统计分析，根据区域重叠程度提取一组新的可行区域，将可行区域作为重建区域进行再一次目标重建；通过减小重建区域降低了问题的病态性，有效提高了X射线发光分子断层成像的重建结果，在分子影像、重建算法等领域有重要的应用价值。本发明缓解了光学成像逆向问题中的病态性，有效提高重建质量；也可用于生物发光断层成像(BLT)，荧光分子断层成像(FMT)以及其他光学分子成像领域。

技术领域

本发明属于分子影像技术领域，尤其涉及一种X射线发光断层成像的目标可行区提取方法。

背景技术

X射线发光分子断层成像(X-Ray Luminescence Computed Tomography，以下简称XLCT)是新型的分子影像技术，能够同时进行功能成像以及分子成像。具体是借助现代光学分子探针合成技术，利用具有发光性质的纳米发光颗粒合成的分子探针，构建一种结合Micro-CT的新型光学分子成像系统；通过X射线照射生物体内纳米发光材料，激发其产生近红外光并通过高灵敏度CCD(Charge coupled device,CCD)相机采集，结合重建方法反演纳米发光目标的三维分布。相比于其他光学成像模态，例如生物发光断层成像(Bioluminescence Tomography,BLT)和荧光分子断层成像(Fluorescence MolecularTomography,FMT)，XLCT有两个主要优势：第一，可消除自体荧光现象；第二，由于X射线在组织内准直线传播且具有深探测能力，能显著提高成像的空间分辨率。作为一种新型的分子影像技术，XLCT可以获得重建目标内纳米发光材料的位置和浓度，能够在细胞和分子水平在体实时监测生物活动过程，为肿瘤早期检测以及新药研发开辟了新方法。X射线发光断层成像属于逆向问题，具有严重病态性。由于光的强散射特性，使得光子在生物体内部的传输不再沿直线传播，而是经过大量无规则的散射过程。有限元方法由于能够便于拟合复杂生物组织，在X射线发光断层成像等重建问题中得到广泛应用，成为主流的数值方法。基于有限元方法，利用光学检测仪采集的光学数据只有成像物体表面节点与四面体，数量有限，远远低于整个成像物体节点与四面体数，而求解区域内部点的数量十分巨大，使得逆问题是一个未知数远远大于方程数的数学问题。如何精确重建发光目标的位置，是X射线发光断层成像研究的核心问题。设置目标可行区能够减小重建范围，一定程度上缓解问题的不适定性，提高重建结果质量。但由于可行区域的设置属于人为设置，由此也带来了新的问题，可行区域范围设置过大，不能准确逼近成像目标；范围设置过小，不能完全覆盖未知的目标范围，反而增加问题的病态性。因此如何获得可行区一直是光学成像的挑战性难题。

综上所述，现有技术存在的问题是：在X射线发光断层成像重建中得利用光学检测仪采集的光学数据只有成像目标的表面数据，数量有限，求解区域内部点的数量十分巨大。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种X射线发光断层成像的目标可行区提取方法。

本发明是这样实现的，一种X射线发光断层成像的目标可行区提取方法，所述X射线发光断层成像的目标可行区提取方法基于光传输和有限元，利用光学特性参数和解剖结构先验信息；N组不同网格进行全域重建，基于N个网格重建结果的统计分析；根据区域重叠程度提取一组新的可行区，将新的可行区作为重建区域进行再一次目标重建。

进一步，所述X射线发光断层成像的目标可行区提取方法包括以下步骤：

步骤一，用X射线发光断层成像系统，X射线发光源对固定在电控旋转台上的重建目标进行有限角度的透射式断层成像，将X射线源与光学检测仪器放置在成像目标的两侧，X射线照射目标激发其发出近红外光，并穿透成像目标被对面的光学检测仪器检测获取光学投影数据；