本發(fā)明涉及激發(fā)熒光成像領域，具體涉及一種激發(fā)熒光斷層成像重建方法。

背景技術：
激發(fā)熒光斷層成像是近年來一種新出現的光學分子影像技術，它利用熒光探針標記包括成像對象(一般為小鼠、裸鼠等生物活體)，在外部激發(fā)光源的照射下，熒光探針吸收外部激發(fā)光，產生發(fā)射光。在成像對象體外，利用高靈敏度的光學檢測儀器，如CCD相機，探測透射到成像對象體外的光子。結合光子傳輸模型，利用數學方法，激發(fā)熒光斷層成像對成像對象體內的熒光目標進行重建，從而獲得熒光探針的位置和濃度信息，在基因病理學、腫瘤診斷學、細胞和分子生物學等學科領域具有廣泛的應用前景。激發(fā)熒光斷層成像重建屬于逆向問題，具有嚴重的病態(tài)性，其本質原因在于生物組織的高散射、地吸收特性，光子在成像對象內部不沿直線傳輸，而是經過大量的無規(guī)則可循的散射過程。同時，由于光學檢測儀器探測到的是傳輸到成像對象邊界點的熒光信號，數量有限，而重建區(qū)域內部點的數量巨大。由少量測量數據來求解大量未知數，這是一個不適定問題，具有嚴重的病態(tài)性，其解不唯一并且易受測量誤差和噪聲的影響。如何精確重建成像對象體內的熒光目標，是熒光分子斷層成像研究的核心問題。聯合代數迭代技術由于運算簡單，在斷層成像重建中廣泛應用?，F有基于聯合代數迭代技術的激發(fā)熒光斷層成像重建沒有考慮熒光目標空間分布的稀疏特性，同時沒有對系統方程進行預處理，重建精度和重建速度有待提高。

技術實現要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是對基于聯合代數迭代技術的激發(fā)熒光斷層成像重建方法進行改進，提供一種精確度高、運算速度快的激發(fā)熒光斷層成像重建方法。本發(fā)明的技術解決方案是：一種激發(fā)熒光斷層成像重建方法，其中：包括以下步驟：S1：基于光傳輸模型和有限元理論，將成像對象的光學特性參數和解剖結構信息作為先驗信息，建立成像對象的表面測量數據與內部熒光目標分布的系統方程；S2：對S1建立的系統方程進行預處理，使得預處理后的系統方程的系數矩陣各列相互正交；S3：融合熒光目標空間分布的稀疏特性，從S2中的系統方程中選取若干列，構建新的系數矩陣和新的系統方程；S4：加入熒光目標空間分布非負的約束條件，采用聯合代數迭代技術對S3中新的系統方程進行求解，從而獲得成像對象內部的熒光目標的三維分布。更為具體的包括以下步驟：包括以下步驟：(1)獲取測量數據；(1a)激發(fā)光源對固定在電控旋轉臺上的成像對象進行多角度的透射式斷層掃描；(1b)使用光學檢測儀器獲得測量數據；(2)獲得成像對象的解剖結構信息以及光學特性參數；(3)基于光傳輸模型和有限元理論，將成像對象的解剖結構信息和光學特性參數作為先驗信息，建立表面的測量數據與成像對象內部熒光目標分布的系統方程y＝Ax；(4)對建立的y＝Ax進行如下預處理：(4a)對ATA進行特征值分解，得到QΛQT＝ATA，其中T表示轉置運算；(4b)計算權值矩陣W＝Λ-1QTAT,將權值矩陣分別乘以系統方程的左側和右側，得到z＝Bx，式中，z＝Wy＝Λ-1QTATy，B＝QT；(5)從上述矩陣B中挑選k列元素，記為系數矩陣C，C由以下步驟得到：(5a)初始化，余量r0＝z，系數矩陣C0為空矩陣，迭代次數t＝1；(5b)計算向量α＝|BTrt-1|，取α的最大元素對應的下標，記為mt，取矩陣B的第mt列，記為bmt，bmt與Ct-1合并，構造系數矩陣Ct，具體為(5c)計算并將st中的小于0的元素設為0；(5d)計算新的余量rt＝z-Ctst，迭代次數加1，得到t＝t+1；(5e)重覆步驟5b-5d直到迭代次數滿足t＝k；(6)以步驟(5)得到的sk作為熒光目標分布初始值，即x0＝sk，利用聯合代數迭代方法求解熒光目標分布，迭代更新公式為：xn＝xn-1+UCTV(z-Cxn-1)(7)步驟(6)的迭代停止準則為|xn-xn-1|/xn≤10-6。本發(fā)明的有益效果：融合了熒光目標空間分布的稀疏特性，增加了先驗信息，可提高重建精度；對系統方程進行預處理，系統方程各列相互正交，可加快算法收斂，提高重建速度。附圖說明圖1為本發(fā)明方法流程圖。圖2為實驗所用仿體模型。圖3為聯合代數迭代方法得到的重建結果。圖4為本發(fā)明方法得到的重建結果。具體實施方式實施例：參閱圖1至圖4；步驟1，建立系統方程根據有限元理論，建立系統方程，該系統方程為激發(fā)熒光斷層成像對象體表的熒光測量數據與成像對象內部熒光目標分布的線性關系：y＝Ax(1)式中，y是已知的熒光測量數據向量，A是已知的系統矩陣，x是要求解的熒光目標分布向量，且x和y的元素均非負；步驟2，求解系統方程(1)對建立的系統方程y＝Ax進行如下預處理：(1a)對ATA進行特征值分解，得到QΛQT＝ATA，其中T表示轉置運算，Q為特征向量構成的矩陣，Λ為特征值構成的對角矩陣；(1b)計算權值矩陣W＝Λ-1QTAT，將權值矩陣分別乘以系統方程的左側和右側，得到z＝Bx，式中，z＝Wy＝Λ-1QTATy，B＝QT；(2)從上述矩陣B中挑選k列元素，記為系數矩陣C，k取值由熒光目標空間分布的稀疏度決定，C根據以下步驟得到：(2a)初始化，余量r0＝z，系數矩陣C0為空矩陣，迭代次數t＝1；(2b)計算向量α＝|BTrt-1|，取α的最大元素對應的下標，記為mt，取矩陣B的第mt列，記為與Ct-1合并，構造系數矩陣Ct，具體為(2c)計算并將st中的小于0的元素設為0；(2d)計算新的余量rt＝z-Ctst，迭代次數加1，得到t＝t+1；(2e)重復步驟2b-2d直到迭代次數滿足t＝k；(3)利用步驟(1)和步驟(2)分布得到的z和C，構建新的系統方程并進行求解，得到成像對象體內的熒光目標分布，新的系統方程為z＝Cx，熒光目標重建可表示為如下最小化問題：min||z-Cx||s.t.x≥0(2)以步驟(2)得到的sk作為熒光目標分布初始值x0＝sk，采用聯合代數迭代方法求解上述最小化問題，迭代更新公式為：式(3)中，U為對角矩陣，其第i行、第i列元素為系數矩陣C的第i列元素之和的倒數，即V為對角矩陣，其第i行、第i列元素為系數矩陣C的第i行元素之和的倒數，即式(4)中，abs(xn)為對xn的各個元素取絕對值；當|xn-xn-1|/xn≤10-6時，上述迭代停止。下面給出一種具體的實施例，結合附圖2、附圖3和附圖4對本發(fā)明的重建結果做進一步的描述。附圖2為一邊長為20mm的立方形仿體，該仿體內有一個半徑為1mm，高度為2mm的圓柱形熒光目標。附圖3是利用本發(fā)明方法得到的重建結果，顯示的是z＝9.5mm截面的熒光目標分布。附圖4是利用現有技術中的聯合代數迭代方法得到的重建結果，顯示的是z＝9.5mm截面的熒光目標分布。該實施例中，熒光目標的真實中心位置為(15,7,9.5)mm，采用本發(fā)明方法得到的熒光目標中心位置為(14.8,6.3,9.7)mm，重建誤差為0.7mm，迭代500次耗時1.4s。采用已有技術得到的熒光目標中心位置為(13.3,6.0,9.9)mm，重建誤差為1.9mm，迭代500次耗時6.3s?；诒景l(fā)明的方法與已有技術相比，重建精度提高，重建速度加快，是一種有效的激發(fā)熒光斷層成像重建方法。上列詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。