光學(xué)分子影像中的小鼠實(shí)驗(yàn)及三維網(wǎng)格配準(zhǔn)算法的優(yōu)化.pdf

1、分子影像是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)的一個(gè)新興分支，是在活體狀態(tài)下應(yīng)用影像學(xué)方法從細(xì)胞和分子水平對(duì)生物過(guò)程進(jìn)行定性和定量研究。光學(xué)分子影像（OMI，Optical Molecular Imaging）是一種快速發(fā)展的分子影像技術(shù)，將光學(xué)過(guò)程與一定的分子性質(zhì)相結(jié)合，對(duì)目標(biāo)物體的生物自發(fā)光或激發(fā)熒光進(jìn)行測(cè)量和處理，它主要用于組織病理變化的早期研究。相對(duì)于其他幾種分子影像技術(shù)如: 核磁共振(MRI，Magnetic ResonanceImaging)分子

2、成像，正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)(PET，Positron EmissionTomography)，單光子發(fā)射斷層成像（SPECT(Single Photon EmissionComputed Tomography）等，光學(xué)分子影像技術(shù)具有價(jià)格低廉，分辨率高，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。因此在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。 但是，由于光在生物組織內(nèi)傳播時(shí)會(huì)受到散射作用和吸收作用，僅從生物體表面邊界處采集光信息，很難對(duì)體內(nèi)的發(fā)光位點(diǎn)進(jìn)

3、行精確定位，因此各種重建算法在光學(xué)分子影像學(xué)中得到了廣泛地應(yīng)用和研究；例如，解決前向問(wèn)題的有限差分法和有限元法以及解決偏微分方程的反演法。 本文在一種基于有限元的重建算法的基礎(chǔ)上，首先設(shè)計(jì)了一個(gè)小鼠模型，并開展了基于小鼠模型的實(shí)驗(yàn)：采集10個(gè)角度X 光圖像，以及對(duì)應(yīng)的熒光圖像，重建結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性和正確性。 然而當(dāng)采用有限元法對(duì)真實(shí)小鼠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行重建時(shí)，很難得到生物體內(nèi)部組織的三維網(wǎng)格理想的劃分，因而網(wǎng)格劃分成為

4、基于有限元的重建算法的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，本文引入了數(shù)字老鼠Atlas網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)據(jù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了X光投影算法——將數(shù)字老鼠的三維網(wǎng)格投影成二維X光圖像，然后針對(duì)從多個(gè)角度得到的二維X光投影圖像與真實(shí)小鼠實(shí)驗(yàn)的X光圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，進(jìn)而在真實(shí)小鼠內(nèi)部組織中重構(gòu)數(shù)字老鼠的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，達(dá)到三維配準(zhǔn)的目的。為了解決了三維配準(zhǔn)中出現(xiàn)的四面體翻轉(zhuǎn)的問(wèn)題，本文引入彈性策略，對(duì)三維配準(zhǔn)算法進(jìn)行了有效改進(jìn)。最終，解決了基于真實(shí)小鼠的有限元重建算法中