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Performance evaluation of the simplified spherical harmonics approximation for cone-beam X-ray luminescence computed tomography imaging
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资源说明：As an emerging molecular imaging modality, cone-beam X-ray luminescence computed tomography (CB-XLCT) uses X-ray-excitable probes to produce near infrared (NIR) luminescence and then reconstructs three-dimensional (3D) distribution of the probes from surface measurements. A proper photon transportation model is critical to accuracy of XLCT. Here, we presented a systematic comparison between the common-used Monte Carlo model and simplified spherical harmonics (SPN). The performance of the two met
【文章标题】：“简化球谐函数近似在锥束X射线发光计算机断层成像中的性能评估”
【文章描述】：锥束X射线发光计算机断层成像（CB-XLCT）作为一种新兴的分子成像技术，利用X射线激发探针产生近红外（NIR）发光，然后通过表面测量重建探针的三维（3D）分布。一个合适的光子传输模型对于XLCT的准确性至关重要。本文系统比较了常用的蒙特卡洛模型和简化球谐函数（SPN）方法，评估了这两种方法在多种主要光谱下的性能。
：锥束X射线发光计算机断层成像；光子传输模型；简化球谐函数近似；扩散方程。
【文章内容概要】：研究团队来自西北大学和陕西师范大学的信息科学和技术学院与物理和信息技术学院，他们在2016年9月23日提交，12月14日接受，并于2017年1月25日发表的文章中，对CB-XLCT的光子传输模型进行了深入探讨。他们设计了一种基于余弦相似性的全局测量和局部平均相对误差，定量评估了蒙特卡洛模型和SPN的性能。结果表明，对于所有测试发射光谱，SP3在建模精度和计算效率之间达到了良好的平衡。此外，对于发射波长大于692纳米的情况，SP1（等效于扩散方程DE）可以作为合理的替代模型。活体实验进一步验证了SP3和DE的重建性能。这项研究为CB-XLCT的光子传输建模提供了有价值的指导。
【核心知识点】：
1. **锥束X射线发光计算机断层成像（CB-XLCT）**：一种新型分子成像技术，利用X射线激发探针产生的近红外光，重建探针在空间的分布，具有高灵敏度和高分辨率的特点。
2. **光子传输模型**：在XLCT中，光子如何在生物组织中传播和散射的数学描述，是影响成像精确度的关键因素。常见的模型有蒙特卡洛模拟和简化球谐函数近似（SPN）。
3. **简化球谐函数近似（SPN）**：相对于复杂的蒙特卡洛模拟，SPN提供了一个更快速但依然准确的计算方法，特别适用于处理大量光子传输问题。
4. **蒙特卡洛模型**：一种基于随机抽样的计算方法，能精确模拟光子在复杂环境中的行为，但计算量大，效率较低。
5. **扩散方程（DE）**：在某些情况下，光子的传播可以用扩散方程来简化描述，其简化了计算，但可能在某些特定条件下的精度有所牺牲。
6. **性能评估指标**：使用了余弦相似性和局部平均相对误差，这两个量化指标可以帮助研究人员衡量不同模型在重建图像时的精度和效率。
7. **实验结论**：SP3在保持较高建模精度的同时，提高了计算效率，而SP1在特定波长下可作为扩散方程的有效替代。
8. **活体实验**：活体实验验证了SP3和DE在实际应用中的重建性能，加强了理论研究的实际意义。
这个研究不仅提供了模型选择的依据，也为未来改进CB-XLCT的成像质量和速度提供了理论支持。
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