生物自发荧光断层成像的稀疏重建方法研究的开题报告

生物自发荧光断层成像的稀疏重建方法研究的开题报告一、研究背景及意义生物自发荧光信号是生物体内重要的信号之一，其可用于研究细胞生物学、分子生物学、疾病诊断等方面。生物自发荧光断层成像技术（FluorescenceDiffuseTomography，FDT）是目前一种常用的分子显像技术，通过对被测物体内自发荧光信号进行三维成像，非侵入地、高精度地实现了成像效果。然而，由于被测物体内自发荧光信号光子数较少，且经过生物体内组织散射和吸收等多个因素的影响，导致信号弱、噪声大，使得FDT技术的成像效果相对较差，需要进行重建处理。目前，FDT技术重建处理方法主要分为两类：全局方法和局部方法。全局方法是指在重建处理时对被测物体内所有区域的自发荧光信号都进行处理，这种方法对信号噪声处理能力强，但同时也会导致算法复杂度高，耗时长，不适用于大规模数据处理。而局部方法则针对性地对特定区域的自发荧光信号进行处理，成像效果较好，但噪声处理能力相对较弱。目前国内外研究人员正在探索一种新的FDT成像方法，即稀疏重建方法。该方法主要是基于信号的稀疏性原理，对被测物体内自发荧光信号进行压缩感知等处理，从而实现重建效果的优化，同时提高计算效率和性能。二、研究内容及方法本文拟采用稀疏重建方法对生物自发荧光断层成像进行优化处理。具体研究内容如下：1.探索生物自发荧光信号的稀疏性原理，并分析其与成像效果的关系。2.基于压缩感知等处理技术，对生物自发荧光信号进行优化处理，以提高成像效果。3.构建基于稀疏重建方法的FDT成像模型，并与传统全局和局部方法进行对比分析。4.基于模拟数据和实际生物样本，评估所提出方法的成像效果及计算性能。本研究拟采用数学模型、计算机仿真以及实际生物样本实验等方法，对稀疏重建方法进行深入探究，实现生物自发荧光FDT成像效果的优化和提高。三、研究预期成果本研究的预期成果主要包括：1.深入探究生物自发荧光信号的稀疏性原理，分析其与成像效果的关系，为研究提供理论支持。2.构建基于稀疏重建方法的FDT成像模型，实现对生物自发荧光信号的优化处理，提高成像效果。3.通过实验数据的验证，证明所提出方法的成像效果相对于传统方法有显著提高，同时计算性能也得到提高。4.探索生物自发荧光断层成像技术在生物学、医学和环境科学等领域的应用，为相关领域提供技术支持和应用推广。四、研究计划及进度安排本研究计划于2021年10月开始，预计于2023年9月完成，具体计划与进度安排如下：1.第一年（2021年10月-2022年9月）：研究生物自发荧光信号的稀疏性原理及与成像效果的关系，建立相关数学模型和计算模拟程序，对模型和算法进行初步优化。2.第二年（2022年10月-2023年9月）：针对压缩感知等处理技术，针对生物自发荧光信号进行优化处理，搭建整体重建处理系统，对比分析与传统全局和局部方法的差异，优化改进模型和算法，并进行实际生物样本实验。3.第三年（2023年10月-2024年9月）：对研究所得结果进行整理和论文撰写，通过国内外期刊和会议的发表，推广和应用本研究所得成果。五、预期经费预算本研究所需经费预算为20万元，主要包括