【摘要】：分子影像技術(shù)利用影像學手段，對生物體分子細胞水平的生理活動進行連續(xù)在體觀測，在疾病的早期檢測、靶向治療、藥物研制等領域有重要研究意義。熒光分子斷層成像（Fluorescence Molecular Tomography, FMT）由于具有靈敏度高、時間分辨率高、無電離、無放射性、成本低以及成像快捷方便等諸多優(yōu)點，成為分子影像技術(shù)的重要分支并得到了廣泛關(guān)注與迅猛發(fā)展。但熒光分子斷層成像穿透距離短，目前主要應用于小動物成像。如何根據(jù)檢測到的光分布，以及考慮目標本身對光的吸收和散射作用，準確而快速的重建出熒光標記物在目標內(nèi)部的三維分布，一直都是熒光分子斷層成像中的關(guān)鍵問題。本文圍繞連續(xù)波熒光分子斷層成像中熒光團的分布重建問題展開研究，主要內(nèi)容如下： 1.提出了一種基于網(wǎng)格自適應策略的混合正則化重建算法來準確定位目標內(nèi)部的熒光團。利用有限元方法離散求解熒光分子斷層成像的熒光團分布，一般需要較細的網(wǎng)格離散來逼近問題，但是均勻網(wǎng)格產(chǎn)生大量的未知數(shù)，進一步加劇重建問題的病態(tài)性�？紤]到網(wǎng)格大小對重建結(jié)果的影響，本文采用了自適應的有限元方法來重建熒光團分布；針對不同水平的網(wǎng)格上熒光團有其不同的自身特性，可以將其利用作為先驗信息，于是文中采用不同的正則化方法來重建熒光團分布。在該算法中，熒光目標重建區(qū)域隨著網(wǎng)格的局部細分而不斷縮小。在第一級粗網(wǎng)格水平上，重建區(qū)域為整個感興趣的成像目標，熒光團相比于重建區(qū)域可看做是稀疏分布的，于是用稀疏正則化方法求解，所得的解指導下一級的網(wǎng)格細分，并為下一級正則化方法提供初始值。在后續(xù)網(wǎng)格水平上，隨著重建區(qū)域的大大縮小，熒光目標不再滿足稀疏性，于是采用Landweber迭代正則化方法來求解。經(jīng)過這種多級細分與多次重建，最后獲得準確的熒光團位置。基于非勻質(zhì)數(shù)字鼠的計算機仿真和物理仿體實驗證明了該算法的有效性與準確性。 2.為了滿足熒光分子斷層成像中的定量重建問題，本文研究了基于正則化Born近似比的兩階段熒光分子斷層成像定量算法�？紤]到組織光學參數(shù)對重建結(jié)果的影響，文中采用基于正則化的Born近似比來構(gòu)建問題的數(shù)學模型。算法主要包括兩個步驟：第一個步驟是利用l1正則化方法對熒光目標進行定位，即獲得熒光目標的三維空間信息。第二個步驟：在已知熒光目標的位置后，利用代數(shù)重建技術(shù)計算熒光目標的濃度。計算機仿真和物理仿體實驗驗證了算法的可行性與有效性。 3.基于熒光分子斷層成像的兩種典型應用模型，即早期腫瘤檢測模型與藥物分布重建模型，論文系統(tǒng)比較了l1范數(shù)正則化與l2范數(shù)正則化方法在這兩種模型上的優(yōu)缺點。早期腫瘤檢測模型一直是大部分研究者的研究對象，其顯著特點就是重建目標相比于重建區(qū)域非常小，在數(shù)學上可以認為該模型具有稀疏特性；而藥物分布重建模型是藥代動力學研究的重要組成部分，其特點就是重建目標具有了一定的尺寸和體積。通過數(shù)字鼠實驗和真實老鼠實驗的結(jié)果，以位置誤差和熒光產(chǎn)額值的半高全寬值作為衡量的標準，我們發(fā)現(xiàn)l1正則化方法適合于早期腫瘤檢測模型，而l2正則化方法則對于藥物分布重建模型更準確。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP391.41;R445

【共引文獻】

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本文編號：2802673