CN103239255B - 一种锥束x射线发光断层成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于简化球谐波-扩散近似模型的锥束X射线发光断层成像方法，解决了现有技术中基于扩散近似方程或采用传统X射线断层成像技术实现荧光图像重建存在的准确快速成像问题。该方法基于简化球谐波-扩散近似模型和稀疏正则化方法建立目标函数，采用半贪婪算法进行求解，以实现体内荧光纳米颗粒探针的准确快速重建。具体实现步骤包括：数据采集与预处理、生物体解剖结构重建、体表荧光数据获取、前向光传输模型构建、稀疏正则化目标函数建立、目标函数的优化求解和三维重建结果显示。本发明具有能够实现生物体内荧光纳米颗粒探针位置和浓度分布的准确、快速、高分辨率重建，可用于X射线荧光断层成像领域。

Description

一种锥束X射线发光断层成像方法

技术领域

本发明属于医学成像技术领域，更进一步涉及光学分子成像技术领域中的基于简化球谐波-扩散近似模型的锥束X射线发光断层成像方法。该方法可应用于肿瘤检测、新药研发及疗效评价等小动物实验中获取靶向目标的强度分布信息。

背景技术

X射线发光断层成像是一种新兴的光学分子影像技术，它是利用X射线激发小动物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针，发射近红外荧光；然后，通过高灵敏度的CCD相机采集发射的近红外光；最后，采用近红外光学断层成像技术重建小动物体内的荧光纳米颗粒探针的分布。由于采用X射线作为激发源，X射线发光断层成像能够激发处于小动物体组织深层的荧光纳米颗粒探针，并且能够从根本上去除激发荧光成像技术中存在的自体荧光。类似于其他近红外光学断层成像技术，生物组织中X射线与近红外光的精确传输模型和荧光纳米颗粒探针的准确快速重建是X射线发光断层成像方法实现的基础。

皇家飞利浦电子股份有限公司在其专利申请文件“对X射线荧光标记的空间分布成像的方法和成像系统”（申请号：200480006110.3，申请日：2004.3.2，授权号：ZL200480006110.3，授权日：2009.4.22）中提出了一种通过照射身体的研究区域中的X射线荧光标记并用荧光检测器检测总的X射线荧光来产生该区域的新陈代谢图像的方法。该专利技术通过借助针孔准直器将研究区域的体元映射到检测器的像素上可直接测量荧光图像，然后通过计算机X射线断层摄影术的过程可重建荧光图像，同时记录穿过身体的X射线透射可产生形态学图像。但是，该专利技术采用传统的X射线断层成像技术实现荧光图像的重建，没有考虑荧光在生物组织内的复杂相互作用，因此很难准确地获取体内的荧光分布；同时，该专利技术利用针孔准直器限制测量荧光的光束，虽然有助于荧光图像的重建，但是极大地增加了荧光图像采集的时间；此外，该专利技术用于产生检测区域的新陈代谢图像，没有采用分子探针对感兴趣区域进行特异性标记，因此无法提供分子特异性成像。

为了实现分子特异性成像，研究人员提出了一种选择性激发的X射线发光断层成像方法，参见GuillemPratx,“X-rayluminescencecomputed tomography via selective excitation:a feasibilitystudy,”IEEE Transactions on Medical Imaging29,1992-1999(2010)。该方法采用荧光纳米颗粒探针标记病变组织的特定细胞，可实现组织病变的分子特异性成像。采用针孔式准直器限制X射线光束，选择性地照射实验样本，通过光学探测器采集的荧光图像即可判断荧光纳米颗粒探针标记的病变组织的大致区域；然后通过构建直线上光子累积模型和最大似然重建，获得荧光纳米颗粒探针的位置和分布信息。通过准直X射线光束来选择性地照射实验样本，虽然可以直接获取荧光纳米颗粒探针的大致区域，但是由于准直器缩小了X射线照射的区域，需要多次扫描才能完成整个实验样本的照射；这就极大增加了成像的时间，同时无法通过这类窄束X射线获取实验样本的解剖结构信息。

为了准确描述荧光纳米颗粒产生的荧光与生物组织的复杂相互作用，实现体内荧光分布信息的准确获取，研究人员还提出了一种基于多光谱和散射补偿的X射线发光断层成像方法，参见Wenxiang Cong,“Spectrally resolving and scattering-compensated x-rayluminescence/fluorescence computed tomography,”Journal ofBiomedical Optics16,066914(2011)。该方法基于扩散近似方程，考虑生物体的非匀质特异性和发射荧光的光谱特点，利用多角度采集的多光谱荧光数据，基于稀疏正则化目标函数重建荧光纳米颗粒探针在体内的位置和强度分布信息。但是，扩散近似方程只能描述发射荧光在高散射特性组织中的传输过程。对于具有多种散射特性的复杂生物体，其中存在着低散射或弱散射特性的生物组织，此时扩散近似方程将无法准确描述发射荧光的传输过程，因此将无法提供准确的三维成像结果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有X射线发光断层成像技术存在的不足，提出一种基于简化球谐波-扩散近似模型的锥束X射线发光断层成像方法，极大地减少了荧光数据的获取时间，实现对具有多种散射特性生物组织的复杂生物体体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针的准确、快速重建。

实现本发明方法的主要思路是：该锥束X射线发光断层成像方法基于X射线的高能粒子特性和朗伯比尔定律，构建前向锥束X射线传输模型；根据生物体组织光学特性参数随解剖结构变化的差异，利用不同散射特性生物组织之间光传输的耦合条件，构建基于简化球谐波-扩散近似模型的前向发射荧光传输模型；根据X射线能量与发射的近红外荧光之间的定量耦合关系，建立统一的X射线荧光断层成像方法的前向光传输模型；基于该前向光传输模型，利用扩展有限元方法，结合荧光纳米颗粒探针和测量数据的稀疏特性，建立基于l_p范数的稀疏正则化目标函数；采用半贪婪算法对稀疏正则化目标函数进行求解，实现生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针的准确、快速重建。

根据上述主要思路，本发明方法的具体实现包括如下步骤：

（1）数据采集与预处理

利用多模态分子影像系统，采集荧光纳米颗粒探针被锥束X射线激发后产生的多角度荧光数据和锥束X射线的投影数据，并依次进行背景噪声去除、感兴趣区域提取和坏点补偿等数据预处理。

（2）生物体解剖结构重建

利用GPU加速的锥束CT的FDK算法对预处理后的锥束X射线投影数据进行三维重建，获得生物体三维体素数据；利用人机交互式分割方法对获得的生物体三维体素数据进行器官分割，获得生物体的解剖结构。

（3）体表荧光数据获取

对步骤（2）获取的生物体解剖结构和步骤（1）获取的预处理后荧光数据，应用非接触式光学断层成像方法中的生物体表面三维能量重建技术获取生物体表面的三维荧光数据分布。

（4）前向光传输模型构建

4a）根据锥束X射线和荧光纳米颗粒探针发射的近红外荧光在复杂生物体中的传输特征差异，将前向光传输模型的构建分成两部分，即前向锥束X射线传输模型和前向发射荧光传输模型；

4b）基于X射线的高能粒子特性，采用朗伯比尔定律描述锥束X射线在复杂生物体中的传输过程，构建前向锥束X射线传输模型；

4c）根据生物体组织光学特性参数随解剖结构变化的差异，将生物组织划分为高散射特性组织和低散射特性组织两大类，分别采用简化球谐波近似方程和扩散近似方程描述近红外荧光在复杂生物体中的传输过程；通过构造不同散射特性生物组织之间光传输的耦合条件，构建基于简化球谐波-扩散近似方程的前向发射荧光传输模型；

4d）根据锥束X射线激发荧光纳米颗粒探针过程中，X射线能量与发射的近红外荧光之间的定量耦合关系，建立统一的X射线荧光断层成像前向光传输模型。

（5）稀疏正则化目标函数建立

5a）利用扩展有限元方法对步骤4d）建立的X射线荧光断层成像前向光传输模型进行离散化，建立描述生物体体内荧光纳米颗粒探针浓度分布与体表测量荧光数据之间定量关系的系统方程：

Aρ=Φ

式中，A是系统矩阵，依赖于生物体内不同散射特性生物组织的分布和生物组织的光学特性参数；

ρ是荧光纳米颗粒探针的浓度分布；

Φ是生物体体表离散网格上的荧光通量密度分布；

5b）根据离散网格边界节点上的荧光通量密度计算值和测量值之间的误差，结合荧光纳米颗粒探针和测量数据的稀疏特性，建立基于l_p范数的稀疏正则化目标函数：

$\min \underset{{\mathrm{\ρ}}^{\inf }\≤\mathrm{\ρ}\≤{\mathrm{\ρ}}^{\sup }}{\mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ρ}\right)}=\{\frac{1}{2}{\left|\right|\mathrm{A\ρ}-{\mathrm{\Φ}}^m\left|\right|}_2+\mathrm{\λ}{\left|\right|\mathrm{\ρ}\left|\right|}_p\}$

式中，Θ(ρ)是基于l_p范数的稀疏正则化目标函数；

ρ^inf是荧光纳米颗粒探针浓度分布的下限；

ρ^sup是荧光纳米颗粒探针浓度分布的上限；

Φ^m是离散网格边界节点上的荧光通量密度的测量值；

||F||_p定义为求解矩阵F的l_p范数；

λ是稀疏正则化的正则化因子。

（6）目标函数的优化求解

采用半贪婪算法求解建立的基于l_p范数的稀疏正则化目标函数，获得生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针空间位置和浓度分布。

（7）三维重建结果显示。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

第一，本发明由于考虑生物体组织光学特性参数随解剖结构变化的差异构建基于简化球谐波-扩散近似方程的前向发射荧光传输模型，克服了现有技术中基于扩散近似方程的X射线荧光断层成像方法或采用传统X射线断层成像技术实现荧光图像重建的X射线荧光断层成像方法的局限性，能够对具有多种散射特性组织的复杂生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针的位置和浓度进行准确、快速重建。

第二，本发明由于采用锥束X射线作为激发源激发生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针，克服了现有技术中采用针孔式准直器限制X射线光束带来的成像时间长、重建数据量过大的问题，能够实现复杂生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针位置和浓度分布的快速重建。

第三，本发明由于采用基于l_p范数的稀疏正则化项对目标函数进行约束，同时采用半贪婪算法对目标函数进行求解，与已有技术中采用的基于l₁范数的稀疏正则化目标函数相比，能够更好地改善X射线荧光断层成像的分辨率。

附图说明

图1为本发明提供的基于简化球谐波-扩散近似模型的锥束X射线发光断层成像方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

参照图1，本发明的具体步骤如下：

步骤1，数据采集与预处理

利用多模态分子影像系统，采集荧光纳米颗粒探针被锥束X射线激发后产生的多角度荧光数据和锥束X射线的投影数据，并依次进行背景噪声去除、感兴趣区域提取和坏点补偿等数据预处理。

多模态分子影像系统是由锥束X射线光管、高灵敏度CCD相机、X射线平板探测器组成。其中，锥束X射线光管用于照射生物体并激发生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针，高灵敏度CCD相机用于采集生物体内荧光纳米颗粒探针受激后发射的多角度荧光数据，X射线平板探测器用于采集锥束X射线的投影数据。

多角度荧光数据的采集，控制生物体等间隔旋转一定角度，一般不大于90°（本例中选90°），利用多模态分子影像系统中的高灵敏度CCD相机采集不少于四个角度的荧光数据（本例中为四个角度）。继续旋转，使生物体转回到荧光数据初始采集的位置。

锥束X射线投影数据的采集，控制生物体等间隔旋转一定小角度，一般不大于1°（本例中选1°），采集不少于360个角度的锥束X射线投影数据（本例中为360个角度）。

利用多模态分子影像系统中的预处理软件对采集的多角度荧光数据进行去除背景噪声、提取感兴趣区域、补偿坏点预处理；利用多模态分子影像系统中的预处理软件对采集的锥束X射线投影数据进行补偿坏点坏线、亮场校正、几何校正预处理。

步骤2，生物体解剖结构重建

利用GPU加速的锥束CT的FDK算法对预处理后的锥束X射线投影数据进行三维重建，获得生物体三维体素数据；利用人机交互式分割方法对获得的生物体三维体素数据进行器官分割，获得生物体的解剖结构。

步骤3，体表荧光数据获取

利用步骤2获取的生物体解剖结构和步骤1获取的荧光数据，应用非接触式光学断层成像方法（申请号200910024292.1，申请日2009.10.13，授权号ZL200910024292.1，授权日2011.4.6）中描述的生物体表面三维能量重建技术获取生物体表面的三维荧光数据分布。

步骤4，前向光传输模型构建

4a）前向光传输模型的组成

根据锥束X射线和荧光纳米颗粒探针发射的近红外荧光在复杂生物体中的传输特征差异，将前向光传输模型的构建分成两部分，即前向锥束X射线传输模型和前向发射荧光传输模型。

4b）前向锥束X射线传输模型

基于X射线的高能粒子特性，采用朗伯比尔定律描述锥束X射线在复杂生物体中的传输过程，构建前向锥束X射线传输模型：

$I\left(r\right)=I_0\left(r_0\right)\exp \left({-\∫}_0^1{\mathrm{\μ}}_t((1-\mathrm{\τ})r_0+\mathrm{\τr})\mathrm{d\τ}\right)$

式中，r₀是锥束X射线照射到生物体体表的位置；I₀是锥束X射线在点r₀处的强度；μ_t是锥束X射线在生物体内的衰减系数；r是生物体内的任意一点；I(r)是点r处的X射线强度。

4c）前向发射荧光传输模型

根据生物体组织光学特性参数随解剖结构变化的差异，应用下式和下面的准则将生物组织划分为高散射特性组织和低散射特性组织两大类：

$\▿=\frac{{\mathrm{\μ}}_s^{\′}}{{\mathrm{\μ}}_a}$

式中，是不同散射特性组织的划分标准因子，μ′_s是生物组织的约化散射系数，μ_a是生物组织的吸收系数。划分的准则：如果那么生物组织划分为高散射特性组织；如果那么生物组织划分为低散射特性组织。

生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针发射的近红外荧光在生物组织中的传输过程可以用辐射传输方程精确地描述。但是，辐射传输方程在具有复杂结构的生物体中很难直接求解，并且求解的时间代价非常高。因此，在近红外光学断层成像中通常采用辐射传输方程的简化近似方程，例如扩散近似方程、简化球谐波近似方程、球谐波近似方程、离散坐标近似方程和相位近似方程。其中，扩散近似方程求解速度快，但只适用于高散射特异性生物组织中的光传输问题；球谐波、简化球谐波、离散坐标和相位近似方程等辐射传输方程的高阶近似形式，能够较准确地描述光在散射特性生物组织中的传输过程，但是求解难度非常大，计算复杂度有可能会远远超过实际应用的承受能力。已有研究结果发现，五阶简化球谐波近似能够获得实际应用所能承受的求解精度。为了能够达到最优的求解精度与计算效率，本发明中的方法将简化球谐波近似方程和扩散近似方程耦合使用，描述近红外荧光在复杂生物体中的传输过程。其中，采用扩散近似方程描述高散射特性组织中的光传输过程，保证计算效率；采用简化球谐波近似方程描述低散射特性组织中的光传输过程，保证求解精度。

为了建立统一形式的简化球谐波-扩散近似方程，需要构造合适的边界条件将简化球谐波近似方程与扩散近似方程进行耦合。在实现过程中，需要将在两个方程组织边界上形成的光流率转化为小体光源。首先，考虑高散射特性组织与低散射特性组织之间的折射率不匹配条件，将在边界上形成的光流率转化为光通量：

J_n(r′)=ε(r′)φ(r′)

式中，J_n(r′)是不同散射特性组织边界上的r′点处的光通量，其方向指向出射组织。其次，应用下述公式将形成的光通量转化为小体光源：

$q_0\left(r^{\′}\right)=\frac{J_n\left(r^{\′}\right)\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i}{\underset{j=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{V}_j}$

式中，q₀(r′)是在不同散射特性组织边界点r′处形成的小体光源；M是与点r′相连接的所有面片的数量，S_i是其中第i个面片的面积；Q是与点r′相连接的所有四面体的体积，V_j是其中第j个四面体的体积。

将简化球谐波近似方程、扩散近似方程与上面建立的边界耦合条件联立，获得描述荧光纳米颗粒探针发射的近红外荧光在生物体内传输过程、基于简化球谐波-扩散近似方程的前向发射荧光传输模型。

4d）前向光传输模型构建

锥束X射线激发生物体内标定特定细胞的荧光纳米颗粒探针时，荧光纳米颗粒探针吸收高能X射线，发射近红外荧光。发射的近红外荧光的强度与高能X射线的强度以及荧光纳米颗粒探针的浓度成正比，因此如下关系式：

$S\left(r\right)=\mathrm{\ϵI}\left(r\right)\mathrm{\ρ}\left(r\right)\frac{1}{V\left(r\right)}$

式中，S(r)是荧光纳米颗粒探针发射的近红外荧光的强度，也为前向发射荧光传输模型中的光源项；ε是荧光纳米颗粒探针受X射线激发产生近红外荧光的荧光量子产额；ρ(r)是荧光纳米颗粒探针的浓度；V(r)是荧光纳米颗粒探针的体积。

将上述关系式与前向锥束X射线传输模型、前向发射荧光传输模型联立，即可构建统一的X射线荧光断层成像前向光传输模型。

步骤5，稀疏正则化目标函数建立

5a）利用扩展有限元方法对步骤4d）建立的X射线荧光断层成像前向光传输模型进行离散化，建立描述生物体体内荧光纳米颗粒探针浓度分布与体表测量荧光数据之间定量关系的系统方程：

Aρ=Φ

式中，A是系统矩阵，依赖于生物体内不同散射特性生物组织的分布和生物组织的光学特性参数；

ρ是荧光纳米颗粒探针的浓度分布；

Φ是生物体体表离散网格上的荧光通量密度分布；

5b）根据离散网格边界节点上的荧光通量密度计算值和测量值之间的误差，结合荧光纳米颗粒探针和测量数据的稀疏特性，建立基于l_p范数的稀疏正则化目标函数：

$\min \underset{{\mathrm{\ρ}}^{\inf }\≤\mathrm{\ρ}\≤{\mathrm{\ρ}}^{\sup }}{\mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ρ}\right)}=\{\frac{1}{2}{\left|\right|\mathrm{A\ρ}-{\mathrm{\Φ}}^m\left|\right|}_2+\mathrm{\λ}{\left|\right|\mathrm{\ρ}\left|\right|}_p\}$

式中，Θ(ρ)是基于l_p范数的稀疏正则化目标函数；ρ^inf是荧光纳米颗粒探针浓度分布的下限；ρ^sup是荧光纳米颗粒探针浓度分布的上限；Φ^m是离散网格边界节点上的荧光通量密度的测量值；||F||_p定义为求解矩阵F的l_p范数；λ是稀疏正则化的正则化因子。

步骤6，目标函数的优化求解

采用半贪婪算法求解建立的基于l_p范数的稀疏正则化目标函数，获得生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针空间位置和浓度分布。

步骤7，三维重建结果显示

对步骤6获得的荧光纳米颗粒探针重建结果和步骤2获取的生物体解剖结构进行图像融合，将重建的荧光纳米颗粒探针空间位置和浓度分布在生物体中进行三维显示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于简化球谐波-扩散近似模型的锥束X射线发光断层成像方法，其特征在于，该锥束X射线发光断层成像方法基于X射线的高能粒子特性和朗伯比尔定律，构建前向锥束X射线传输模型；根据生物体组织光学特性参数随解剖结构变化的差异，利用不同散射特性生物组织之间光传输的耦合条件，构建基于简化球谐波-扩散近似模型的前向发射荧光传输模型；根据X射线能量与发射的近红外荧光之间的定量耦合关系，建立统一的X射线荧光断层成像方法的前向光传输模型；基于该前向光传输模型，利用扩展有限元方法，结合荧光纳米颗粒探针和测量数据的稀疏特性，建立基于l_p范数的稀疏正则化目标函数；采用半贪婪算法对稀疏正则化目标函数进行求解，实现生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针的准确、快速重建；

该锥束X射线发光断层成像方法包括以下步骤：

(1)数据采集与预处理

利用多模态分子影像系统，采集荧光纳米颗粒探针被锥束X射线激发后产生的多角度荧光数据和锥束X射线的投影数据，并依次进行背景噪声去除、感兴趣区域提取和坏点补偿数据预处理；

(2)生物体解剖结构重建

利用GPU加速的锥束CT的FDK算法对预处理后的锥束X射线投影数据进行三维重建，获得生物体三维体素数据；利用人机交互式分割方法对获得的生物体三维体素数据进行器官分割，获得生物体的解剖结构；

(3)体表荧光数据获取

对步骤(2)获取的生物体解剖结构和步骤(1)获取的预处理后荧光数据，应用非接触式光学断层成像方法中的生物体表面三维能量重建技术获取生物体表面的三维荧光数据分布；

(4)前向光传输模型构建

4a)根据锥束X射线和荧光纳米颗粒探针发射的近红外荧光在复杂生物体中的传输特征差异，将前向光传输模型的构建分成两部分，即前向锥束X射线传输模型和前向发射荧光传输模型；

4b)基于X射线的高能粒子特性，采用朗伯比尔定律描述锥束X射线在复杂生物体中的传输过程，构建前向锥束X射线传输模型；

4c)根据生物体组织光学特性参数随解剖结构变化的差异，将生物组织划分为高散射特性组织和低散射特性组织两大类，分别采用简化球谐波近似方程和扩散近似方程描述近红外荧光在复杂生物体中的传输过程；通过构造不同散射特性生物组织之间光传输的耦合条件，构建基于简化球谐波-扩散近似方程的前向发射荧光传输模型；

4d)根据锥束X射线激发荧光纳米颗粒探针过程中，X射线能量与发射的近红外荧光之间的定量耦合关系，建立统一的X射线荧光断层成像前向光传输模型；

(5)稀疏正则化目标函数建立

5a)利用扩展有限元方法对步骤4d)建立的X射线荧光断层成像前向光传输模型进行离散化，建立描述生物体体内荧光纳米颗粒探针浓度分布与体表测量荧光数据之间定量关系的系统方程：

Aρ＝Φ

式中，A是系统矩阵，依赖于生物体内不同散射特性生物组织的分布和生物组织的光学特性参数；

ρ是荧光纳米颗粒探针的浓度分布；

Φ是生物体体表离散网格上的荧光通量密度分布；

5b)根据离散网格边界节点上的荧光通量密度计算值和测量值之间的误差，结合荧光纳米颗粒探针和测量数据的稀疏特性，建立基于l_p范数的稀疏正则化目标函数：

$\min \underset{{\mathrm{\ρ}}^{\inf }\≤\mathrm{\ρ}{\≤\mathrm{\ρ}}^{\sup }}{\mathrm{\Θ}\left(\mathrm{\ρ}\right)}=\{\frac{1}{2}{\left|\right|\mathrm{A\ρ}-{\mathrm{\Φ}}^m\left|\right|}_2+\mathrm{\λ}{\left|\right|\mathrm{\ρ}\left|\right|}_p\}$

式中，Θ(ρ)是基于l_p范数的稀疏正则化目标函数；

ρ^inf是荧光纳米颗粒探针浓度分布的下限；

ρ^sup是荧光纳米颗粒探针浓度分布的上限；

Φ^m是离散网格边界节点上的荧光通量密度的测量值；

||F||_p定义为求解矩阵F的l_p范数；

λ是稀疏正则化的正则化因子；

(6)目标函数的优化求解

采用半贪婪算法求解建立的基于l_p范数的稀疏正则化目标函数，获得生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针空间位置和浓度分布；

(7)三维重建结果显示。

2.根据权利要求1所述的基于简化球谐波-扩散近似模型的锥束X射线发光断层成像方法，其特征在于，所述步骤(1)中的多模态分子影像系统是由锥束X射线光管、高灵敏度CCD相机、X射线平板探测器组成。

3.根据权利要求1所述的基于简化球谐波-扩散近似模型的锥束X射线发光断层成像方法，其特征在于，所述步骤(1)中多模态分子影像系统，其中锥束X射线光管用于照射生物体并激发生物体内标记特定细胞的荧光纳米颗粒探针，高灵敏度CCD相机用于采集生物体内荧光纳米颗粒探针受激后发射的多角度荧光数据，X射线平板探测器用于采集锥束X射线的投影数据。

4.根据权利要求1所述的基于简化球谐波-扩散近似模型的锥束X射线发光断层成像方法，其特征在于，所述步骤(1)中数据采集的实现是利用多模态分子影像系统等间隔采集不少于四个角度的荧光数据、不少于360个角度的锥束X射线投影数据。

5.根据权利要求1所述的基于简化球谐波-扩散近似模型的锥束X射线发光断层成像方法，其特征在于，所述步骤(1)中的荧光数据和锥束X射线投影数据的初始采集角度相同。

6.根据权利要求1所述的基于简化球谐波-扩散近似模型的锥束X射线发光断层成像方法，其特征在于，所述步骤4c)中光传输过程是采用扩散近似方程描述近红外荧光在高散射特性生物组织中的传输过程，采用简化球谐波近似方程描述近红外荧光在低散射特性生物组织中的传输过程。