图像处理方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种图像处理方法及系统，该方法包括：针对待成像物体，采集多帧荧光二维图像数据；以所述荧光二维图像数据作为输入，利用扩散方程理论建立第一方程，所述第一方程用于描述所述待成像物体的荧光分子探针的真实目标分布与所述荧光二维图像数据的对应关系；采用预设求解方法对所述第一方程进行求解处理，以得到所述待成像物体的荧光分子探针的最终重建目标分布，所述最终重建目标分布用于描述所述待成像物体的荧光分子探针断层成像的三维重建结果。无需借助其他成像模态提供的辅助先验信息，大大降低了成像系统的成本和技术复杂度。

Image processing method and system

The invention relates to a method and system of image processing, the method comprises: according to the imaging object, multi frame image data acquisition of two-dimensional fluorescence; with the fluorescent two-dimensional image data as input, the first equation is established by using diffusion equation, the first equation for correspondence between the true target distribution of fluorescent molecular probes describing the imaging the object and the fluorescent two-dimensional image data; use the default methods for solving the first equation, the final reconstruction of fluorescent molecular probes to obtain the object to be imaged by the distribution of the final reconstruction distribution of three-dimensional reconstruction for imaging results of fluorescence molecular probe fault that describes the object to be imaged the. The cost and technical complexity of the imaging system are greatly reduced without the aid of the prior information provided by other imaging modalities.

【技术实现步骤摘要】
图像处理方法及系统
本专利技术涉及荧光分子断层成像
，更具体地涉及一种图像处理方法及系统。
技术介绍
稳态荧光分子断层成像(ContinuousWaveFluorescenceMolecularTomography，CW-FMT)能够实现在体(Invivo)的非入侵地监测体内荧光分子探针的三维空间分布，在细胞、分子水平层面观测生理与病理活动过程，并且具有无电离辐射、低成本和安全性高等特点，已在医学研究当中得到广泛应用。CW-FMT中的重建检测体内荧光分子探针的三维空间分布是整个技术的算法核心，需要通过采集到的多角度荧光信号重建出荧光分子探针在检测体内的三维空间分布。传统的在体(Invivo)CW-FMT的三维空间分布重建算法需要使用双模态或多模态成像，增加了成像系统的成本和技术复杂度，且引入了更多的噪声干扰，同时在成像者的舒适程度上也有所降低。因此，需要提供一种图像处理方法及系统，以至少部分地解决上述问题。
技术实现思路
考虑到上述问题而提出了本专利技术一种图像处理方法及系统。根据本专利技术一方面，提供了一种图像处理方法，所述方法包括：针对待成像物体，采集多帧荧光二维图像数据；以所述荧光二维图像数据作为输入，利用扩散方程理论建立第一方程，所述第一方程用于描述所述待成像物体的荧光分子探针的真实目标分布与所述荧光二维图像数据的对应关系；采用预设求解方法对所述第一方程进行求解处理，以得到所述待成像物体的荧光分子探针的最终重建目标分布，所述最终重建目标分布用于描述所述待成像物体的荧光分子探针断层成像的三维重建结果。可选地，所述第一方程为：W(M×N)f(N×1)＝Φ(M×1)，其中，所述W(M×N)为系统矩阵，f(N×1)为所述待成像物体的荧光分子探针的真实目标分布，所述Φ(M×1)为所述荧光二维图像数据。可选地，采用预设求解方法对所述第一方程进行求解处理包括：针对所述第一方程，采用吉洪诺夫正则化方法构造第一反问题目标函数；通过最优化方法求解所述第一反问题目标函数的最优解，以作为所述待成像物体的荧光分子探针的初步重建目标分布；根据所述荧光分子探针的初步重建目标分布的自先验信息，采用拉普拉斯正则化方法建立荧光分子探针断层成像的第二反问题目标函数；迭代地求解所述第二反问题目标函数，得到第二反问题目标函数的解，以作为所述待成像物体的荧光分子探针的最终重建目标分布。可选地，所述第一反问题目标函数为：fλ＝argmin{||Wf-Φf||2+λ||f||2}λ是正则化参数，且λ≥0，fλ为所述待成像物体的荧光分子探针的初步重建目标分布，所述W为系统矩阵，所述Φf为所述荧光二维图像数据；所述通过最优化方法求解所述第一反问题目标函数的最优解，包括：基于如下公式，采用最优化方法求解所述第一反问题目标函数的最优解：其中，fk为第k次迭代的荧光分子探针的目标分布，I为单位矩阵，WH为W的共轭转置，W为系统矩阵，k为迭代次数，rk为第k次迭代残差。可选地，所述方法还包括：对所述待成像物体的荧光分子探针的初步重建目标分布进行所述短时傅里叶变换，得到所述初步重建目标分布的空间-频率-能量谱；基于所述空间-频率-能量谱，提取所述初步重建目标分布进行自先验信息。可选地，所述基于所述空间-频率-能量谱，提取所述初步重建目标分布进行自先验信息包括：判断所述初步重建目标分布的所述空间-频率-能量谱中的任一点的能量是否高于预设能量阈值；若是，则将所述初步重建目标分布的对应该点的空间位置信息确定为所述初步重建目标分布的自先验信息。可选地，所述将所述初步重建目标分布的对应该点的空间位置信息确定为所述初步重建目标分布的自先验信息包括：当确定所述初步重建目标分布的所述空间-频率-能量谱中的任一点的能量是否高于预设能量阈值时，在所述空间-频率-能量谱查找到该点的空间位置；将所述空间域中该点的位置标记为1，以及当确定所述初步重建目标分布的所述空间-频率-能量谱中任一点的能量低于所述能量阈值时，在所述空间-频率-能量谱查找到该点的空间位置；且将所述空间-频率-能量谱中该点的空间位置标记为0，以得到二值化自先验矩阵，所述二值化自先验矩阵包括所述初步重建目标分布的自先验信息。可选地，所述根据所述荧光分子探针的初步重建目标分布的自先验信息，采用拉普拉斯正则化方法建立荧光分子探针断层成像的第二反问题目标函数包括：针对所述荧光分子探针的初步重建目标分布的自先验信息，通过如下公式确定拉普拉斯矩阵中的元素：其中，S为满足Ki＝1，且Kj＝1元素的个数；以及基于所述拉普拉斯矩阵建立如下函数，以作为所述荧光分子探针断层成像的第二反问题目标函数：fλ＝argmin{||Wf-Φf||2+λ||Lnf||2}其中，Ln为所述拉普拉斯矩阵，W为系统矩阵，f为待求解的荧光分子探针的目标分布，所述Φf为所述待成像物体的荧光分子探针的目标分布对应的所述荧光二维图像数据，λ是正则化参数，且λ≥0。可选地，所述迭代地求解所述第二反问题目标函数包括：根据拉普拉斯正则化方法，通过如下公式对所述第二反问题目标函数进行迭代计算，以求解所述第二反问题目标函数：其中，L为所述拉普拉斯矩阵，W为系统矩阵，fk为第k次迭代的荧光分子探针目标分布，Φf为所述待成像物体的荧光分子探针的所述荧光二维图像数据，λ是正则化参数，且λ≥0，WH为W的共轭转置，LH为L的共轭转置，k为迭代次数，rk为第k次迭代残差。可选地，所述方法还包括：针对待成像物体，采集多帧白光二维图像数据；通过边缘检测法提取每帧所述白光二维图像数据的边界轮廓线，得到多帧边界轮廓线；基于所述多帧边界轮廓线，采用滤波反投影方法确定所述待成像物体的三维轮廓图像；将所述待成像物体的三维轮廓图像与所述待成像物体的荧光分子探针的最终重建目标分布进行融合，得到所述荧光分子探针在所述待成像物体的三维轮廓图像的分布图像。根据本专利技术一方面，提供了一种图像处理系统，包括：氙灯光源、光纤、激发光滤光片、电动旋转台、荧光滤光片、CCD相机和计算机，所述氙灯光源用于发射激发光；所述光纤用于传输所述氙灯光源发射的激发光；所述电动旋转台用于放置待成像物体；所述激发光滤光片设置在光线及所述电动旋转台之间，所述氙灯光源发射的激发光通过所述光纤传输经过所述激发光滤光片后照射所述待成像物体；所述CCD相机用于针对待成像物体，采集多帧荧光二维图像数据，其中所述荧光二维图像数据包括所述待成像物体内部荧光分子探针被激发后发射出的荧光信号通过荧光滤光片后的二维图像数据；所述计算机用于以所述荧光二维图像数据作为输入，利用扩散方程理论建立第一方程，所述第一方程用于描述所述待成像物体的荧光分子探针的最终重建目标分布与所述荧光二维图像数据的对应关系；采用预设求解方法对所述第一方程进行求解处理，以得到所述待成像物体的荧光分子探针的最终重建目标分布，所述最终重建目标分布用于描述所述待成像物体的荧光分子探针断层成像的三维重建结果。本专利技术实施例提供的图像处理方法及系统采用CW-FMT单模态成像完成在待成像物体体内的荧光分子探针的三维空间分布的重建，而无需借助其他成像模态提供的辅助先验信息。因而大大降低了成像系统的成本和技术复杂度，且避免了其他成像模态带来的电离辐射等危害。附图说明通过结合附图对本专利技术实施例进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像处理方法，其特征在于，所述方法包括：针对待成像物体，采集多帧荧光二维图像数据；以所述荧光二维图像数据作为输入，利用扩散方程理论建立第一方程，所述第一方程用于描述所述待成像物体的荧光分子探针的真实目标分布与所述荧光二维图像数据的对应关系；采用预设求解方法对所述第一方程进行求解处理，以得到所述待成像物体的荧光分子探针的最终重建目标分布，所述最终重建目标分布用于描述所述待成像物体的荧光分子探针断层成像的三维重建结果。

【技术特征摘要】
1.一种图像处理方法，其特征在于，所述方法包括：针对待成像物体，采集多帧荧光二维图像数据；以所述荧光二维图像数据作为输入，利用扩散方程理论建立第一方程，所述第一方程用于描述所述待成像物体的荧光分子探针的真实目标分布与所述荧光二维图像数据的对应关系；采用预设求解方法对所述第一方程进行求解处理，以得到所述待成像物体的荧光分子探针的最终重建目标分布，所述最终重建目标分布用于描述所述待成像物体的荧光分子探针断层成像的三维重建结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一方程为：W(M×N)f(N×1)＝Φ(M×1)，其中，所述W(M×N)为系统矩阵，f(N×1)为所述待成像物体的荧光分子探针的真实目标分布，所述Φ(M×1)为所述荧光二维图像数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用预设求解方法对所述第一方程进行求解处理包括：针对所述第一方程，采用吉洪诺夫正则化方法构造第一反问题目标函数；通过最优化方法求解所述第一反问题目标函数的最优解，以作为所述待成像物体的荧光分子探针的初步重建目标分布；根据所述荧光分子探针的初步重建目标分布的自先验信息，采用拉普拉斯正则化方法建立荧光分子探针断层成像的第二反问题目标函数；迭代地求解所述第二反问题目标函数，得到第二反问题目标函数的解，以作为所述待成像物体的荧光分子探针的最终重建目标分布。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一反问题目标函数为：fλ＝argmin{||Wf-Φf||2+λ||f||2}其中，λ是正则化参数，且λ≥0，所述W为系统矩阵，所述Φf为所述荧光二维图像数据；所述通过最优化方法求解所述第一反问题目标函数的最优解，包括：基于如下公式，采用最优化方法求解所述第一反问题目标函数的最优解：其中，fk为第k次迭代的荧光分子探针的目标分布，I为单位矩阵，WH为W的共轭转置，W为系统矩阵，k为迭代次数，rk为第k次迭代残差。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述待成像物体的荧光分子探针的初步重建目标分布进行所述短时傅里叶变换，得到所述初步重建目标分布的空间-频率-能量谱；基于所述空间-频率-能量谱，提取所述初步重建目标分布进行自先验信息。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述空间-频率-能量谱，提取所述初步重建目标分布进行自先验信息包括：判断所述初步重建目标分布的所述空间-频率-能量谱中的任一点的能量是否高于预设能量阈值；若是，则将所述初步重建目标分布的对应该点的空间位置信息确定为所述初步重建目标分布的自先验信息。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述初步重建目标分布的对应该点的空间位置信息确定为所述初步重建目标分布的自先验信息包括：当确定所述初步重建目标分布的所述空间-频率-能量谱中的任一点的能量高于预设能量阈值时，在所述空间-频率-能量谱查找到该点的空间位置；将所述空间-频率-能量谱中该点的空间位置标记为1；以及当确定所述初步重建目标分布的所述空间-频率-能量谱中任一点的能量低...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗建文，周源，宿涵，陈毛毛，白净，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11