基于簡(jiǎn)化球諧波-擴(kuò)散近似混合模型的激發(fā)熒光斷層成像方法.pdf

1、由于激發(fā)熒光斷層成像（Fluorescence molecular tomography, FMT）可通過(guò)非接觸式探測(cè)器獲取的體表測(cè)量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確三維地重現(xiàn)活體小動(dòng)物體內(nèi)熒光探針的位置和濃度分布，它已經(jīng)成為生物制藥、腫瘤診斷等預(yù)臨床領(lǐng)域強(qiáng)有力工具。構(gòu)建一個(gè)能夠準(zhǔn)確快速地描述熒光在組織中傳播過(guò)程的前向模型，對(duì)于激發(fā)熒光斷層成像是非常重要的。擴(kuò)散近似方程（Diffusion equation, DE）由于在高散射組織中的高效準(zhǔn)確性而被最早用于

2、激發(fā)熒光斷層成像的前向模型技術(shù)。然而，在某些情況下，如低散射、高吸收、組織邊界和光源附件，DE會(huì)變得不準(zhǔn)確，所以簡(jiǎn)化球諧波（Simplified spherical harmonics approximation，SPN）被提了出來(lái)。相比于DE，SPN的準(zhǔn)確性更高，但其求解效率卻要低很多。
　　針對(duì)SPN和DE在描述光在組織中傳播過(guò)程中的不足，我們首先提出了一種基于簡(jiǎn)化球諧波-擴(kuò)散近似方程的光傳輸混合模型（hybrid SPN-D

3、E model, HSDM）。在建立的混合模型中，簡(jiǎn)化球諧波和擴(kuò)散近似方程分別用來(lái)描述光在低散射和高散射組織中的傳播過(guò)程；通過(guò)構(gòu)建邊界耦合條件，將兩者耦合為統(tǒng)一形式的光傳輸混合模型。HSDM充分利用了簡(jiǎn)化球諧波和擴(kuò)散近似方程的優(yōu)點(diǎn)，拋棄了它們的缺點(diǎn);因此，它可以達(dá)到在準(zhǔn)確性和效率之間的一個(gè)完美平衡。其次，我們通過(guò)在激發(fā)和發(fā)射過(guò)程中兩次使用混合模型建立了激發(fā)熒光斷層成像的前向模型，應(yīng)用有限元方法和混合多級(jí)正則化策略對(duì)前向模型進(jìn)行求解，從而