Meshless reconstruction method for fluorescence molecular tomography based on compactly supported radial basis function
Meshless reconstruction method for fluorescence molecular tomography based on compactly supported radial basis function
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基于紧支撑径向基函数的荧光分子层析成像无网格重构方法
DOI：
10.1117/1.jbo.20.10.105003
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发表时间：
2015-10
影响因子：
3.5
通讯作者：
Tian Jie
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
An Yu;Liu Jie;Zhang Guanglei;Ye Jinzuo;Mao Yamin;Jiang Shixin;Shang Wenting;Du Yang;Chi Chongwei;Tian Jie
荧光分子断层扫描（FMT）是一种很有前途的工具，在癌症的研究，药物发现和疾病诊断，使非侵入性和定量成像的荧光团在深部组织中的生物分布，通过图像重建技术。传统的基于有限元法（FEM）的重建方法已经取得了可接受的稳定性和效率。然而，有限元网格的一些固有的缺点，如网格生成的时间消耗和大的离散误差，限制了进一步的生物医学应用。本文提出了一种基于紧支撑径向基函数（CSRBF）的无网格FMT重构方法（MM-FMT）。利用CSRBF，图像域可以用连续的CSRBF精确表示，在一定程度上避免了离散化误差。在直接配置CSRBF后，采用Tikhonov、L1范数迭代收缩（L1-IS）和稀疏自适应匹配追踪等传统优化技术进行无网格重构。为了评估所提出的MM-FMT的性能，我们进行了数值异质性小鼠实验和活体珠植入小鼠实验。结果表明，在双源情况下，MM-FMT方法可以将重建结果的位置误差减小到0.4 mm以内，是FMT方法的一个显著改进。
Fluorescence molecular tomography (FMT) is a promising tool in the study of cancer, drug discovery, and disease diagnosis, enabling noninvasive and quantitative imaging of the biodistribution of fluorophores in deep tissues via image reconstruction techniques. Conventional reconstruction methods based on the finite-element method (FEM) have achieved acceptable stability and efficiency. However, some inherent shortcomings in FEM meshes, such as time consumption in mesh generation and a large discretization error, limit further biomedical application. In this paper, we propose a meshless method for reconstruction of FMT (MM-FMT) using compactly supported radial basis functions (CSRBFs). With CSRBFs, the image domain can be accurately expressed by continuous CSRBFs, avoiding the discretization error to a certain degree. After direct collocation with CSRBFs, the conventional optimization techniques, including Tikhonov, L1-norm iteration shrinkage (L1-IS), and sparsity adaptive matching pursuit, were adopted to solve the meshless reconstruction. To evaluate the performance of the proposed MM-FMT, we performed numerical heterogeneous mouse experiments andin vivobead-implanted mouse experiments. The results suggest that the proposed MM-FMT method can reduce the position error of the reconstruction result to smaller than 0.4 mm for the double-source case, which is a significant improvement for FMT.
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