基于多路径子空间追踪的激发荧光断层重建的研究
发布时间：2020-08-21 04:56
【摘要】：激发荧光断层成像(Fluorescence Molecular Tomography,FMT)是当前光学分子影像研究中的一大重要的技术。激发荧光断层重建技术被逐渐应用于预临床研究中,它可以获得小鼠活体内的肿瘤三维重建结果。然而,:FMT问题的不适定性、计算规模大等缺点使得重建问题是一个具有挑战性的问题。因此需要开发更加有效、鲁棒和精确的重建方法来解决FMT的重建问题。本文针对FMT实际问题对于重建精度和鲁棒性有着特定的标准要求,设计了利用L1正则化的稀疏约束进行激发荧光断层重建的实验研究。然后从重建精度、重建耗时和重建鲁棒性来评估和评判重建的性能是否达到FMT实际重建问题的要求。本文的主要贡献如下:提出了一种基于多路径子空间追踪的激发荧光断层重建方法,该方法把基于及范数正则化的问题看作是基追踪问题。算法输入需要一个稀疏度因子,这个因子通常是根据经验值来预设,然后通过二进制编码的原则扩充不同的支撑集,每个支撑集由不同的原子构成。在迭代结束后通过评估每一个支撑集所形成的重建结果的残差,选择一个最优的支撑集来应用于FMT重建。此外该方法在重建迭代的过程中,继承了子空间追踪方法的回溯和子空间投影技术使得求解FMT重建问题更加的简略化。为了验证提出的重建方法的适用性,我们设计了包含三个光源的仿体实验,并且对数值仿真实验的实验结果做了位置误差和相关强度误差的定量分析。结果表明多路径子空间追踪的数值仿真实验获得了满意的结果。从精度方面,重建的光源位置离金标准光源中心误差低于1mm。在抗噪声鲁棒性方面,多路径子空间追踪算法不仅可以取得很好的鲁棒抗噪效果而且还可以减少重建的背景伪影。之后开展的生物在体实验进一步验证了多路径追踪算法在解决FMT的实际应用中的价值。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;R318
【图文】：
激发荧光断层成像技术经过近些年的不断革新和开拓，大致实现了从早期的接触逡逑式成像系统到近些年来应用的非接触式成像系统Ｉ３５＇邋％。早期的成像设备均采用类似逡逑如图１．１所示的ＦＭＴ接触式成像系统。接触式成像系统将要被成像的物体放置于成逡逑像腔内，并在成像腔内注射足量的匹配液体，匹配液的选择根据的是成像对象本身的逡逑光学参数来选择的，使得整个成像对象有表面的不均衡予以规则均衡化，从而避免荧逡逑光在传输的过程中发生折射现象。激发过程中激发光通过光纤导入成像腔内，发射过逡逑程同样由光纤导出到成像平面，然后由高灵敏度的冷凝ＣＣＤ相机来获取发射荧光＝逡逑最后通过后续的断层重建算法完成整个重建过程。在众多接触式激发荧光成像比较典逡逑型的是由德国慕尼黑工业大学的Ｖａｓｉｌｉｓ邋Ｎａｔｚｉａｃｈｒｉｓｔｏｓ教授等人研发而成的，这套ＦＭＴ逡逑系统包含了由３２个光纤引导的探测装置，和２４个光纤引导的激发光装置［３７］。并成功逡逑的重建出了荧光光源。但是这套装置由于存在匹配液体，发射光在经过耦合液传播的逡逑过程中会被耦合的吸收掉一部分
逦基于多路径子空间追踪算法的激发荧光断层重建研[傚义戏墙哟コ上裣低衬Ｐ腿缤迹保菜尽Ｔ诜墙哟ナ匠上裣低持校侵苯影汛上竦腻义衔锾宸胖糜诳掌薪屑し⒐獬上瘛Ｓ晒潭ǖ募し⒐庠垂潭ㄔ谝桓鑫恢枚猿上裎锾褰义闲姓丈浼しⅲü撞康淖套纯刂萍し⒐獯硬煌姆较蚶醇し⑸锾迥诘姆馘义瞎馔拧Ｖ笸ü呃淠模茫茫南嗷占⑸溆馐菁Ｏ啾冉哟ナ降某上裣低常义戏墙哟ナ降某上裣低呈∪チ顺上袂缓推ヅ湟旱然方冢菇ㄕ龀上裣低彻袒峒蚪嘈礤义隙啵帜鼙苊馄ヅ湟旱拇嬖诙苑⑸溆庠斐神詈衔账ゼ醯那榭觯谑占菁墓义铣讨锌梢曰袢∠喽郧康姆⑸溆馐萁泄庠粗亟āＲ源颂岣吡顺上裣低车男旁氡龋郏常福у义希常梗荨ｅ义闲义掀教ㄥ义希苠澹苠毋鰚|０s6逡逑—抄．．．．．．－—逡逑ｍｍ逡逑ｓｆＳｉｉ逡逑．ａ逡逑—－…——…逦受．．．：逦逦逦逦逦逦逦逦—逡逑图１．２接触式的ＦＭＴ系统成像示例逡逑（２）断层成像方法概况逡逑随着高灵敏度的冷凝ＣＣＤ相机分辨率的改进和高功率的激光器被研发，激发荧逡逑光成像系统获取的激发荧光图像分辨率越来越高，且这项技术同时具备可视化非侵入逡逑性的特点，所以在过去的几年间得到了海内外学者越来越大的关注和研究。在激发荧逡逑光的发射光向外传播的过程中
ｔ－１次的残差向量；夂１的相关程度。然后我们依据由当前路径参数／获得的二进制序列逡逑［ｃ１＃，．来选取尤个或者／＾：最大关联的原子的索引并入支撑集中。最后，形成了当逡逑前迭代次数下的候选集。图２．２以图的形式描绘出了等式（２－３７）中的当前迭代路径参逡逑数／到二进制编码序列［ｃＷ．ｙ］的转化过程。逡逑Ｃ！＝ｌ、Ｃｌ＝０逡逑ｃ２＝１逦，？逦Ｃ２＝。＞邋ｃ２＝。逡逑／逦＼逦ｊ邋＼逦／邋？逡逑？邋６邋＃ｂ？６＃６逡逑ｃ３＝ｌ邋ｃ３＝０邋ｃ３＝ｌ邋ｃ３＝０邋ｃ３＝ｌ邋ｃ３＝０邋ｃ３＝ｌ邋ｃ３＝０逡逑图２．２路径参数／到二进制编码序列的转化过程逡逑１９逡逑
本文编号：2798956
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;R318
【图文】：
激发荧光断层成像技术经过近些年的不断革新和开拓，大致实现了从早期的接触逡逑式成像系统到近些年来应用的非接触式成像系统Ｉ３５＇邋％。早期的成像设备均采用类似逡逑如图１．１所示的ＦＭＴ接触式成像系统。接触式成像系统将要被成像的物体放置于成逡逑像腔内，并在成像腔内注射足量的匹配液体，匹配液的选择根据的是成像对象本身的逡逑光学参数来选择的，使得整个成像对象有表面的不均衡予以规则均衡化，从而避免荧逡逑光在传输的过程中发生折射现象。激发过程中激发光通过光纤导入成像腔内，发射过逡逑程同样由光纤导出到成像平面，然后由高灵敏度的冷凝ＣＣＤ相机来获取发射荧光＝逡逑最后通过后续的断层重建算法完成整个重建过程。在众多接触式激发荧光成像比较典逡逑型的是由德国慕尼黑工业大学的Ｖａｓｉｌｉｓ邋Ｎａｔｚｉａｃｈｒｉｓｔｏｓ教授等人研发而成的，这套ＦＭＴ逡逑系统包含了由３２个光纤引导的探测装置，和２４个光纤引导的激发光装置［３７］。并成功逡逑的重建出了荧光光源。但是这套装置由于存在匹配液体，发射光在经过耦合液传播的逡逑过程中会被耦合的吸收掉一部分
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ｔ－１次的残差向量；夂１的相关程度。然后我们依据由当前路径参数／获得的二进制序列逡逑［ｃ１＃，．来选取尤个或者／＾：最大关联的原子的索引并入支撑集中。最后，形成了当逡逑前迭代次数下的候选集。图２．２以图的形式描绘出了等式（２－３７）中的当前迭代路径参逡逑数／到二进制编码序列［ｃＷ．ｙ］的转化过程。逡逑Ｃ！＝ｌ、Ｃｌ＝０逡逑ｃ２＝１逦，？逦Ｃ２＝。＞邋ｃ２＝。逡逑／逦＼逦ｊ邋＼逦／邋？逡逑？邋６邋＃ｂ？６＃６逡逑ｃ３＝ｌ邋ｃ３＝０邋ｃ３＝ｌ邋ｃ３＝０邋ｃ３＝ｌ邋ｃ３＝０邋ｃ３＝ｌ邋ｃ３＝０逡逑图２．２路径参数／到二进制编码序列的转化过程逡逑１９逡逑
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 LENG ChengCai;TIAN Jie;;Mathematical method in optical molecular imaging[J];Science China(Information Sciences);2015年03期
2 钟鸣;钱志余;李宽正;戴丽娟;;光学相干层析成像技术与医学应用[J];生物医学工程研究;2007年02期
本文编号：2798956
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