螺旋式激发的荧光分子断层成像

由于在实际中荧光探针的位置是未知的,因此获得的数据会不准确．为了克服这个缺点,提出一种基于螺旋式激发的荧光分子断层成像方式,它能在未知荧光目标具体位置的情况下,保证荧光目标受激发完全,从而确保了测量数据的准确性．通过设计非匀质仿体实验,验证了螺旋式激发方法在荧光分子断层成像中的可行性和有效性．     

基于加权信息熵的直觉模糊信息系统的三支决策

讨论直觉模糊信息系统上的三支决策问题.首先,定义一个由模糊因子、均值因子和概率因子3部分组成的相似度函数,从而建立直觉模糊信息系统上的三支决策模型,并指出该模型从理论上统一了各种双论域模型;其次,考虑论域对象的评价值不同,提出一种基于评价值的划分测度:加权信息熵,并且证明划分越细,加权信息熵越大;最后,基于加权信息熵的性质,给出最优三划分的合理解释,从而提出一种新的阈值求解方法.     

采用快速贝叶斯匹配追踪的单视图X射线发光断层成像

为了缓解单视图X射线发光断层成像中出现的不适定性问题,提出了一种结合区域迭代收缩策略的快速贝叶斯匹配追踪方法。该方法将贝叶斯模型和贪婪算法相结合,可以从较少的观测值中高效快速地恢复稀疏信号。为了进一步提高重建精度,将快速贝叶斯追踪与区域迭代收缩策略结合,简化了自适应有限元方法在网格划分和系统矩阵构建方面的复杂性,在缩减因子迭代缩小可行区域的同时,缓解了X射线发光断层成像逆向题求解中的病态性。为评估该方法的有效性,设计了仿真实验与真实物理仿体实验。仿真结果表明,本文方法在加快重建速度的同时,显著提高了纳米发光目标的定位精度和发光产额的定量结果,它们分别为0.73mm和0.79μg。真实物理仿体实验进一步验证了该方法在实际单视图X射线发光断层成像中的可行性。     

X射线发光断层成像中笔束与锥束激发性能的对比

研究了X射线发光断层成像(XLCT)的激发性能,对笔束XLCT和锥束XLCT等两种主要的成像系统在不同激发方式下的扫描时间、重建精度、分辨率及重建时间等性能指标进行了对比研究。设计的对比实验中,笔束XLCT系统的扫描时间为436s,锥束XLCT系统的扫描时间仅为10s。目标实验中,笔束XLCT系统的重建时间为82.57s,重建误差为0.47mm;锥束XLCT系统的重建时间为172.63s,重建误差为1.59mm。在边距分别为1mm和0.5mm的两组双目标实验中,笔束XLCT系统均能准确分辨,重建误差均在0.8mm以内,而锥束XLCT系统对边距为1mm的双目标重建误差均达到了1.7mm左右;当目标边距缩小到0.5mm时,其已无法进行全域分辨。实验结果表明:相比于锥束XLCT,笔束XLCT利用自身的"激发先验"优势具有较短的重建时间、较高的定位能力和分辨率,但是其系统扫描时间要明显大于锥束XLCT。本文的工作为选择合适的XLCT成像系统提供了参考。     

结合平滑l_0范数和可行区域的有限投影荧光分子断层成像

有限投影荧光分子断层成像(FMT)可以以较短的数据采集时间在动物体内快速重建出荧光目标的三维分布。然而,由于较少的投影数据使得有限投影FMT具有严重的病态性。为了降低FMT重建的病态性并提高重建速度,考虑到FMT中光源稀疏分布的特性,提出了一种结合平滑l0范数(SL0)和可行区域的有限投影FMT重建方法,采用一种基于SL0的FMT重建方法,利用一个连续函数来逼近l_0范数,以实现快速求解,同时将可行区域作为有效的先验信息,以提高重建精度。数字鼠模型的重建结果表明,在3、6、9个激发点下,重建图像的位置误差都小于1mm,重建时间缩短,3个激发点下的重建时间为8s。物理实验的重建结果进一步表明了该方法在实际FMT重建上的可行性。     

简化球谐近似与拉普拉斯正则化的FMT成像方法

荧光分子断层成像作为一种先进的光学分子影像,可以有效重建小动物体内荧光团的浓度和三维空间分布信息,实现肿瘤的早期检测.为了提高重建的图像性能,针对扩散模型只适合高散射低吸介质的局限性,采用基于辐射传输方程的简化球谐近似模型进行前向模拟,同时为克服重建过程的病态性,应用一种融合结构信息的拉普拉斯正则化方法进行图像重建.数值仿真实验结果表明,该方法能够获得较高质量的重建图像,尤其对于小荧光团和多荧光团成像.     

基于改进谱投影梯度算法的X射线发光断层成像

X射线发光断层成像(XLCT)是一种可同时获得解剖结构和功能信息的新型分子影像技术,在早期肿瘤检测与放疗方面具有重要应用潜力,但由于测量信息少,成像模型复杂等原因,其断层重建一直是挑战性难题。本文采用非单调Barzilai-Borwein梯度(NBBG)算法来求解重建问题目标函数。每次迭代中,谱投影梯度方法近似为L1范数约束的最小二乘问题。Barzilai-Borwein梯度法获得相应的更新方向,提高算法的收敛速度。采用非单调性线性搜索策略构建最优步长,保证全局收敛性。通过将Barzilai-Borwein梯度法和非单调性搜索结合,在保证全局收敛的同时,克服了选取精确步长带来较大计算量的缺点。数值仿真实验和物理实验得到的基于NBBG算法的单光原重建位置误差分别为0.68和0.94mm,与分裂增广拉格朗日收缩算法(SALSA)相比,本文方法在重建精度、鲁棒性和重建效率等方面都获得了较优的结果。     

应用ISODATA选取可行域的荧光分子断层成像

为了实现快速、准确、鲁棒的荧光分子断层成像(FMT)重建,有限投影FMT和可行域选取策略得到了越来越多的关注。为了解决现有的可行域选取方法中存在的参数设置困难以及多目标选取不准确的问题,从而提高有限投影FMT的重建质量,提出了应用迭代自组织数据分析技术算法(ISODATA)的FMT可行域选取方法。首先采用ISODATA对初级重建结果聚类分区,然后在各分离的区域上分别选取可行域。为了验证提出的方法在应用中的可行性和有效性,设计了三目标荧光团重建的对比实验。实验结果显示,使用2个投影数据时,只有使用本文提出的方法可以准确地重建出三个荧光源的位置;使用4个投影数据时,重建的平均位置误差为0.18mm,荧光产额相对误差小于50%,而此时使用阈值法不能重建,使用区域收缩法的荧光产额相对误差为61.2%。即使在测量数据较少时,提出的方法也可以准确高效地选取可行域,提高有限投影FMT重建的精确度和鲁棒性。     

简化球谐近似与Laplace正则化的荧光分子断层成像方法

荧光分子断层成像作为一种先进的光学分子影像,可以有效重建小动物体内荧光团的浓度和三维空间分布信息,实现肿瘤的早期检测。为了提高重建的图像性能,针对扩散模型只适合高散射低吸介质的局限性,采用基于辐射传输方程的简化球谐近似模型进行前向模拟,同时为克服重建过程的病态性,应用一种融合结构信息的 Laplace 正则化方法进行图像重建。数值仿真实验结果表明该方法能够获得较高质量的重建图像,尤其对于小荧光团和多荧光团成像。