在体小动物光学分子断层成像系统设计与实现

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870316-S225学科分类号：083100硕士学位论文在体小动物光学分子断层成像系统设计与实现研究生姓名刘高学科、专业生物医学工程研究方向医学图像处理指导教师陈春晓教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringDesignandImplementationofIn-vivoSmallAnimalOpticalMole

2、cularTomographyImagingSystemAThesisinBiomedicalEngineeringbyLiuGaoAdvisedbyProfessorChenChunxiaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的硕±学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研巧成果

3、，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可科将学位论文的全部或部分内容编入有关數据盾进巧检廉，可从采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：系日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要在体光学分子成像技术是一种新兴的医学成像技术，具有高灵敏度、高对比度、无创、低成本等优点，已被广泛应用于肿瘤诊断、疾病早期检测、药物疗效定量评估等方面。目前，在体光学分子成像系统成熟产品不多，且国外的产品占据主要市场份额，

4、因此，研究具有自主知识产权的在体光学分子成像系统十分必要。本文研发了一套小动物在体光学分子断层成像系统（AOIS），可以实现生物自发光和激发光断层成像。本文主要工作如下：（1）设计与搭建AOIS硬件系统，主要包括暗箱、激发光光源、滤光轮、实验台、小动物固定装置、CCD相机及镜头。通过小动物固定装置的旋转，可以实现小动物体表多角度荧光数据的采集。（2）AOIS系统利用CT或MRI结构数据进行多模态成像时，在CT图像预处理中，提出了基于区间扫描的固定管分割算法并结合Otsu算法，可有效去除图像中的床板、固定管及固定管与小动物体表间的空气部分，精确提

5、取小动物的体数据；在MRI图像预处理中，使用Otsu算法及基于区域面积统计的方法，可有效去除图像中的噪声，精确提取小动物的体数据。（3）针对荧光图像中存在亮线区域的问题，本文采用基于海森矩阵的线增强算法对亮线区域进行检测，并提出了基于双向邻域均值的方法对亮线区域进行修复，有效地改善了荧光图像的质量。（4）设计并实现了AOIS软件系统。AOIS软件系统实现了对硬件系统的控制、荧光数据的采集、存储和分析、CT/MRI图像的分割及体网格生成、小动物体内光源重建与融合显示。（5）设计小鼠实验，根据采集的荧光数据对小鼠体内光源进行重建，验证了系统的可靠性

6、与算法的可行性。本文研发的AOIS是基于细胞、分子和基因水平表达的断层成像系统，可以实现在体小动物体内光源的精确定位，是分析和检测生物体内肿瘤的生长和转移、特定基因的表达等生物学过程的重要工具。关键词：分子影像，在体光学分子成像，图像分割，图像修复，软件设计i在体小动物光学分子断层成像系统设计与实现ABSTRACTAsanewmedicalimagingtechnology,opticalmolecularimaginghasbeenextensivelyappliedinthebiomedicalresearchwiththeadvantag

7、esofhighsensitivity,highcontrast,noninvasiveandlowcost.Atpresent,thereareonlyfewopticalmolecularimagingsystemproductsandforeignproductsaccountsforthemajorshare.Thus,itisextremelyimportanttodevelopourownopticalmolecularimagingsystemwithindependentintellectualpropertyrights.Th

8、ispaperdevelopedananimalopticaltomographyimagingsystem(AOIS),whichcanaccomp