【儀表網 研發快訊】熒光分子斷層成像(Fluorescence Molecular Tomography, FMT)是一種靈敏度極高的三維光學成像技術，可以“無創”捕捉體內靶向性熒光探針的分布，廣泛用于腫瘤檢測、藥物研發和腦科學研究。然而在真實生物組織中，探針的非特異性沉積和自發熒光的干擾，易產生強烈的背景噪聲掩蓋有效信號，導致成像的準確性和可靠性大打折扣。為破解這一難題，上海科技大學信息科學與技術學院任無畏教授、數學科學研究所姜嘉驊教授以及物質科學與技術學院朱幸俊教授組成跨學科團隊，在國際光學重要期刊《激光與光子學評論》(Laser & Photonics Reviews)上合作發表了題為“High-Fidelity Solution Decomposition Fluorescence Tomography in the Presence of Background Interference”的研究論文，提出一種創新算法——解分解熒光分子斷層成像(Solution Decomposition FMT, SD-FMT)，可顯著提升復雜背景下的成像精度與可靠性。
圖1 解分解熒光分子斷層成像(SD-FMT)的概念插圖
SD-FMT的獨特之處在于“拆解與融合”。它將熒光信號一分為二：既能捕捉平滑的背景，又能精準鎖定腫瘤邊緣等尖銳特征；再結合貝葉斯反演與混合投影方法(Hybrid Projection Method, HPM)，實現自適應優化和高效計算，即使在復雜背景下也能保持清晰、穩定的成像效果。相比傳統方法只能“顧此失彼”，SD-FMT同時引入高斯(平滑)與拉普拉斯(稀疏)先驗，更貼近真實生物組織，并通過低維子空間運算大幅提升效率，讓高精度與高穩健性兼得。
圖2 體內淋巴結成像驗證
圖3 體內腫瘤成像驗證
聯合團隊通過數值模擬、仿體和小鼠活體實驗，系統驗證了SD-FMT的優越性能。結果顯示，即使在目標背景比低至3.5、目標體積比不足0.3的嚴苛條件下，SD-FMT仍能準確還原腫瘤形態并有效抑制偽影；在淋巴結和腫瘤成像實驗中，其重建結果與離體熒光圖像高度一致，顯著優于傳統方法。SD-FMT為熒光成像開辟了全新路徑，不僅助力腫瘤精準手術，更有望拓展至近紅外二區成像與多模態融合，推動臨床轉化。近年來，信息學院任無畏教授課題組已在熒光成像的儀器、算法開發以及生物應用方面取得多項進展，成果發表于Nature Communications，IEEE Transactions on Biomedical Engineering，Biomedical Optics Express等學術期刊。
上海科技大學信息科學與技術學院碩士畢業生張柬如(目前為伯明翰大學數學學院在讀博士生)為論文第一作者，上海科技大學信息科學與技術學院任無畏、數學科學研究所姜嘉驊以及物質科學與技術學院朱幸俊為論文共同通訊作者，上海科技大學為第一完成單位。本論文工作也得到了上海科技大學生命科學與技術學院李劍峰教授以及上海交通大學李富友教授的大力支持。
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