三維生物發(fā)光斷層成像系統(tǒng)搭建與算法研究.pdf

1、生物發(fā)光斷層成像作為光學(xué)分子影像學(xué)的重要分支，能夠從細(xì)胞和分子水平對生物體內(nèi)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，特定基因的表達(dá)等諸多生物學(xué)過程進(jìn)行分析和檢測，可廣泛應(yīng)用于腫瘤檢測、基因治療及藥物研發(fā)等領(lǐng)域。目前，生物發(fā)光斷層成像系統(tǒng)成熟產(chǎn)品不多，美國精諾真IVIS系列產(chǎn)品在市場上占主要份額，但價格昂貴。因此，研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)，高性能指標(biāo)的生物發(fā)光斷層成像系統(tǒng)勢在必行。本文研究了生物發(fā)光斷層成像的重建算法，并設(shè)計和搭建了成像儀硬件系統(tǒng)。主要工作如下：<

2、br>　　1、研究了生物發(fā)光斷層成像中光在組織內(nèi)的傳輸模型。針對輻射傳輸方程的復(fù)雜性，將光在生物組織內(nèi)的傳輸簡化為擴(kuò)散近似方程，并用有限元方法求解方程的系數(shù)矩陣。
　　2、將光在空氣與透鏡系統(tǒng)中的傳輸簡化為小孔模型，利用CCD成像原理推導(dǎo)出圖像灰度值與光輻射功率的線性關(guān)系，并根據(jù)朗伯余弦定律推導(dǎo)出像點(diǎn)與物點(diǎn)間的能量關(guān)系，避免傳統(tǒng)積分球校準(zhǔn)方法的高成本及復(fù)雜性。通過 CCD采集發(fā)光圖像，實現(xiàn)了成像物體體表光輻照度的重建。仿體和豬肉組

3、織實驗驗證了本文提出方法的有效性。
　　3、研究了生物發(fā)光斷層成像體內(nèi)光源重建算法。本文提出了自適應(yīng)選取可行區(qū)的策略以降低重建算法的欠定性和病態(tài)性。該方法不但可以有效避免傳統(tǒng)手動選取可行區(qū)帶來的系統(tǒng)不穩(wěn)定性，還可以提高體內(nèi)光源的重建精度?？尚袇^(qū)劃定后，針對目前系數(shù)矩陣抽取方法會破壞矩陣正定性的問題，本文提出了模型降階算法，可確保矩陣的正定性。最后，結(jié)合Tihonov正則化和共軛向量基算法快速準(zhǔn)確實現(xiàn)了體內(nèi)光源的重建。
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