荧光分子断层成像（Fluorescence Molecular Tomography, FMT）是一种灵敏度极高的三维光学成像技术，可以“无创”捕捉体内靶向性荧光探针的分布，广泛用于肿瘤检测、药物研发和脑科学研究。然而在真实生物组织中，探针的非特异性沉积和自发荧光的干扰，易产生强烈的背景噪声掩盖有效信号，导致成像的准确性和可靠性大打折扣。为破解这一难题，上海科技大学信息科学与技术学院任无畏教授、数学科学研究所姜嘉骅教授以及物质科学与技术学院朱幸俊教授组成跨学科团队，在国际光学重要期刊《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）上合作发表了题为“High-Fidelity Solution Decomposition Fluorescence Tomography in the Presence of Background Interference”的研究论文，提出一种创新算法——解分解荧光分子断层成像（Solution Decomposition FMT, SD-FMT），可显著提升复杂背景下的成像精度与可靠性。
图1 解分解荧光分子断层成像（SD-FMT）的概念插图
SD-FMT的独特之处在于“拆解与融合”。它将荧光信号一分为二：既能捕捉平滑的背景，又能精准锁定肿瘤边缘等尖锐特征；再结合贝叶斯反演与混合投影方法（Hybrid Projection Method, HPM），实现自适应优化和高效计算，即使在复杂背景下也能保持清晰、稳定的成像效果。相比传统方法只能“顾此失彼”，SD-FMT同时引入高斯（平滑）与拉普拉斯（稀疏）先验，更贴近真实生物组织，并通过低维子空间运算大幅提升效率，让高精度与高稳健性兼得。
图2 体内淋巴结成像验证
图3 体内肿瘤成像验证
联合团队通过数值模拟、仿体和小鼠活体实验，系统验证了SD-FMT的优越性能。结果显示，即使在目标背景比低至3.5、目标体积比不足0.3的严苛条件下，SD-FMT仍能准确还原肿瘤形态并有效抑制伪影；在淋巴结和肿瘤成像实验中，其重建结果与离体荧光图像高度一致，显著优于传统方法。SD-FMT为荧光成像开辟了全新路径，不仅助力肿瘤精准手术，更有望拓展至近红外二区成像与多模态融合，推动临床转化。近年来，信息学院任无畏教授课题组已在荧光成像的仪器、算法开发以及生物应用方面取得多项进展，成果发表于Nature Communications，IEEE Transactions on Biomedical Engineering，Biomedical Optics Express等学术期刊。
上海科技大学信息科学与技术学院硕士毕业生张柬如（目前为伯明翰大学数学学院在读博士生）为论文第一作者，上海科技大学信息科学与技术学院任无畏、数学科学研究所姜嘉骅以及物质科学与技术学院朱幸俊为论文共同通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。本论文工作也得到了上海科技大学生命科学与技术学院李剑峰教授以及上海交通大学李富友教授的大力支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202501013
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