1 华中科技大学武汉光电国家研究中心， Britton Chance生物医学光子学研究中心， 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学工程科学学院， 生物医学光子学教育部重点实验室， 生物医学工程协同创新中心， 湖北 武汉 430074
荧光分子层析(FMT)成像是一种具有深度分辨能力的宏观光学成像技术，可定位和量化生物体内的荧光分子探针，在蛋白质相互作用研究、药物作用机制解析以及肿瘤治疗效果评价等方面具有巨大的应用潜力。然而，FMT的一个关键挑战是其逆向问题具有高度病态性，这意味着图像重建对测量噪声及各种数值误差非常敏感。要获得良好的图像重建结果，除了尽可能提升系统的性能以减小测量噪声外，还主要取决于两个方面：一是提高正向问题求解的精度以降低数值误差；二是缓解逆向问题的病态性使其抗噪声能力更强。本综述介绍了目前FMT图像重建在这两个方面的研究进展。
医用光学 荧光分子层析成像 图像重建 正向问题 逆向问题
天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
针对扩散光学层析在小动物成像中的应用问题并基于混浊介质空间光子三维散射的实际物理效应，提出的二维稳态辐射传输方程的有限差分数值求解新方法.在此基础上，研究了不同的空间剖分网格和角度离散密度对求解准确度的影响，并通过将所提方法与蒙特卡洛模拟进行比对，验证方法的正确性.研究表明：在均匀组织体内，当离散角度达到一定数量时，由辐射传输方程的有限差分解获得的透射面和侧面的光子密度对空间网格大小并不敏感，而在反射面上光子密度计算则需要较密的空间网格才能够达到一定准确度.本研究为发展基于辐射传输方程的扩散光学层析理论奠定了基础.
辐射传输方程 有限差分方法 扩散光学层析 正向问题 Radiative transfer equation Finite difference method Diffuse optical tomography Forward model
1 苏州大学电子信息学院, 苏州 215021
2 香港理工大学电子及资讯工程学系, 香港
3 悉尼大学信息技术学院, 澳大利亚 悉尼
针对荧光分子断层成像中相应于激发光和发射光的两个正向方程必须串行求解的实际情况, 提出了一种可同时对两个扩散方程进行求解的并行算法。其思想是通过引入乘子矩阵对耦合方程进行解耦来实现并行计算, 并利用有限元方法进行了二维数值模拟, 将算法求解所得结果与基于串行方法, 以Ralf B. Schulz等提出的并行算法所得到的数值模拟结果进行了综合比较。实验表明, 该算法一方面适合于任何大小的斯托克斯频移条件, 具有更广泛的适应性;另一方面提高了荧光分子断层成像正向问题的求解速度和精度,从而有利于整个荧光分子断层成像的快速精确求解。
成像系统 荧光分子断层成像 正向问题 并行计算 数值模拟
扩散方程模型被广泛应用于光学CT图像的重建中,其精确性直接关系到所成图像的质量.为了研究扩散方程模型对近红外光子输运过程描述的精确性及其适用范围,本文应用Monte Carlo (MC) 模拟方法,给出了二维组织体光学CT正向问题的数值模拟结果,并与其扩散方程模型的有限元解进行了分析比较.实验结果表明,基于扩散方程的光子传输模型能较为准确地模拟光子在强散射介质中的输运过程,适用于该种光学参数条件下的图像重建研究.
光学CT 正向问题 扩散方程 有限元
