本文選題：分子影像　切入點：熒光分子斷層成像　出處：《西北大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：熒光分子斷層成像作為一種重要的分子成像模態(tài),在腫瘤檢測、疾病治療和藥物研發(fā)方面得到了廣泛應用。但由于光的強散射特性以及測量數(shù)據(jù)的不足,使得重建問題具有嚴重的病態(tài)性。為降低重建的病態(tài)性,得到魯棒的重建結(jié)果,研究者通常采集多個投影角度的熒光數(shù)據(jù)進行重建。大規(guī)模的投影數(shù)據(jù)給重建帶來了復雜的矩陣運算,使得計算復雜、耗時。本文圍繞重建精度和重建效率,從矩陣維數(shù)約減的角度出發(fā)開展FMT重建算法研究。具體內(nèi)容如下:采用多角度投影的數(shù)據(jù)進行重建需要較大的計算內(nèi)存和耗費較長的計算時間。本文采用滿足正交投影變換原理的主成分分析將原本繁瑣復雜的數(shù)據(jù)集線性變換到維數(shù)相對較小的數(shù)據(jù)集上,然后利用降維后規(guī)模較小的數(shù)據(jù)集并且結(jié)合稀疏正則化算法進行重建。實驗結(jié)果表明經(jīng)過降維后重建時間縮短數(shù)10倍�；诹餍螌W習和壓縮感知理論,本文提出了結(jié)合局部保留投影和稀疏正則化的重建方法,該方法利用局部保留投影將表面熒光數(shù)據(jù)進行局部的線性特征抽取,得到的局部數(shù)據(jù)可以較為完整的包含整個數(shù)據(jù)的全局特征同時也很好的保留了原有數(shù)據(jù)的非線性結(jié)構(gòu)。因為重建使用了規(guī)模較小的局部數(shù)據(jù),所以加快了重建速度,同時還改善了目標的重建精度和聚集性。實驗結(jié)果表明本方法在減少重建時間的同時還能改善目標的定位精度,具有很強的魯棒性。提出基于線性近似回歸和對偶增廣拉格朗日的熒光分子斷層成像。線性近似回歸方法可以有效解決大規(guī)模矩陣特征提取,將原始的多投影數(shù)據(jù)進行處理得到新的子空間數(shù)據(jù),然后采用基于對偶問題稀疏重建的增廣拉格朗日方法進行三維重建得到重建結(jié)果。該方法能很好降低問題病態(tài)性,與傳統(tǒng)重建方法相比,該方法特別適合矩陣條件數(shù)較差且矩陣規(guī)模較大的情形。數(shù)值仿真實驗和真實小鼠實驗驗證了方法的魯棒性和穩(wěn)定性,重建速度也進一步加快。
[Abstract]:As an important molecular imaging mode, fluorescence molecular tomography has been widely used in tumor detection, disease treatment and drug development. In order to reduce the pathogenicity of reconstruction, the robust reconstruction results are obtained. Researchers usually collect fluorescence data from multiple projection angles for reconstruction. Large scale projection data bring complex matrix operation to reconstruction, making computation complex and time-consuming. This paper focuses on reconstruction accuracy and reconstruction efficiency. The research of FMT reconstruction algorithm is carried out from the angle of matrix dimension reduction. The main contents are as follows: the reconstruction of multi-angle projection data requires large computational memory and long computation time. The principal component analysis (PCA) of the principle of intersection projection transforms the original complicated data set into a data set with relatively small dimension. Then we use the smaller dimensionally reduced data set and the sparse regularization algorithm to reconstruct. The experimental results show that the reconstruction time is reduced by 10 times after dimensionality reduction. Based on manifold learning and compression perception theory, In this paper, a reconstruction method combining local preserving projection with sparse regularization is proposed, in which the local linear feature extraction of the surface fluorescence data is carried out by using the local preserving projection. The local data can contain the global features of the whole data completely, and it also preserves the nonlinear structure of the original data very well. Because the reconstruction uses smaller local data, it speeds up the reconstruction speed. The experimental results show that the proposed method not only reduces the reconstruction time but also improves the positioning accuracy of the target. The fluorescence molecular tomography based on linear approximate regression and dual augmented Lagrangian is proposed. The linear approximate regression method can effectively solve the large-scale matrix feature extraction. The original multi-projection data are processed to obtain the new subspace data, and then the augmented Lagrangian method based on the sparse reconstruction of dual problems is used to obtain the reconstruction results. This method can reduce the ill-condition of the problem very well. Compared with the traditional reconstruction method, this method is especially suitable for the case where the matrix condition number is poor and the matrix size is large. The robustness and stability of the method are verified by numerical simulation and real mouse experiments, and the reconstruction speed is further accelerated.
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R318;TP391.41

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