基于虚拟源模型的荧光扩散断层成像算法研究

摘要

荧光散射断层成像(FDOT)是光学层析扫描与荧光显影剂结合发展出的新兴三维医学成像技术，对癌症的早期诊断具有非常重要的意义。
　　本文提出了利用平面镜反射的原理对现有常规单角度FDOT系统进行优化的方法，有效解决了现有的多角度FDOT成像系统普遍存在特异性高、不易推广、造价高等问题。FDOT分子成像技术包括正向问题和逆向问题。本文对于FDOT的正向问题，介绍了扩散近似模型以及利用有限元方法对该模型的求解。FDOT的逆向问题即是重建问题，在正向的基础上，本文采用虚拟源模型的图像重建算法，利用小波变化方程对采集信息进行数据压缩，降低了重建的时间，并引入先验信息，重建中使用正则化约束，降低重建误差。通过仿真实验，验证了该优化方法的可行性，最后分别在单角度和优化后的多角度系统上进行了多组动物对比实验，同时选择不同平面镜角度进行FDOT多角度实验，并利用TOAST++工具箱进行图像重建。
　　仿真结果和动物实验数据表明，相较于常规单角度成像系统平面镜多角度FDOT系统重建出的肿瘤断层图像完整，能够很好地反映肿瘤的分布，重建的效果从成像时间、信噪比、误差几个方面都有所降低，提升了重建图像的清晰度和分辨率，多角度FDOT系统成象在平面镜为40°左右时成像效果最佳，这使得FDOT分子成像技术能更早的应用于肿瘤临床前研究和临床实践。

目录

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 主要研究内容及论文结构

2 FDOT分子成像技术

2.1 光在生物组织中的传输模型

2.2 光传输方程边界条件的选择

2.3 扩散近似方程求解方法的选择

2.4 基于有限元方法求解扩散近似方程

2.5 本章小结

3 基于虚拟源模型的FDOT图像重建

3.1 平面镜多角度FDOT系统介绍

3.2 逆向问题的描述

3.3 先验信息在重建中的应用

3.4 基于虚拟源模型算法的图像重建

3.5 仿真实验

3.6 本章小结

4 平面镜多角度FDOT成像系统搭建

4.1 多角度FDOT系统硬件组成

4.2 多角度FDOT系统软件部分

4.3本章小结

5 基于平面镜多角度FDOT系统动物实验

5.1 生物材料选取

5.2 动物实验流程

5.3实验结果分析

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录