[发明专利]一种基于pfMC模型的荧光扩散光学断层图像重建方法

摘要

本发明公开了一种基于微扰荧光蒙特卡罗(pfMC)模型的荧光扩散光学断层图像重建方法，属于生物医学工程技术领域，包括确定探测区域，在探测区域选择若干扫描点，获取探测器上相对应的荧光光强分布；建立描述组织光学参数空间结构的三维数字模型，根据光源扫描的位置和方向进行激发光子的前向白蒙特卡罗(white Monte Carlo)模拟，跟踪激发光子并记录到达探测器的光子路径；依据pfMC方法计算荧光光子权重，并计算出荧光雅可比矩阵；最后通过GPU集群迭代重建计算出组织内的荧光团位置及其荧光系数；本发明的优点是，基于体素化的微扰MC荧光模型，基于GPU集群加速的重建迭代过程，为三维荧光断层成像系统提供了一种快速的、准确的重建方法。

主权项

一种基于pfMC模型的荧光扩散光学断层图像重建方法，其特征在于包括下列步骤：(1)确定探测区域，选择光源扫描位置，并获取相对应的探测器上的荧光强度分布；(2)数字化待探测对象，建立描述组织光学参数三维分布的体素化模型，在不同光源位置与方向进行白蒙特卡罗模拟，记录在探测器收集到的激发光子的权重wex(p)及在每个体素内的路径信息和相应的物理量,其中p为位置及单位方向的六维矢量；(3)依据pfMC模型，计算荧光光子权重；(4)由激发光子的路径信息构建荧光雅可比矩阵；(5)根据计算得到荧光光子权重和荧光雅可比矩阵，迭代重建计算出组织内的荧光团位置及荧光系数；步骤(2)中，采用GPU集群加速整个白蒙特卡罗模拟过程，记录被探测器采集到的激发光子c的相关物理量，被记录在体素v内的路径相关物理量Lv为：Lv=Σi=1nli·eμavli]]>式中：n为体素v内的散射次数，μav为体素v内的吸收系数，li为体素v内的第i次散射路径长度；其中GPU集群加速整个白蒙特卡罗模拟过程具体如下：2.1在集群上，依据光源数目及集群节点数目分配各个节点上进行MC模拟的次数，并在集群启动后把相应的光源位置和方向信息输送到各个节点上；2.2在各个节点上，根据要模拟的光子数目分配内存，将组织模型信息分配到GPU内的纹理寄存器，光学参数信息分配到GPU内的常数寄存器来提高读取速度，并根据GPU的技术信息确定最优的CUDA运行中并行块和线程的数目；2.3在GPU内的各个线程上，每个线程上模拟一个光子包，并跟踪光子发射后在组织内散射及吸收的过程，记录光子在每个体素内的路径相关物理量，直到光子溢出组织后终止光子模拟。