随着医学影像技术的发展,多模态成像已成为现代医学成像技术发展的重要方向。小动物活体光学成像通过体外非侵入的方式对荧光标记物进行光学成像,可以长期跟踪观察目标的变化情况。然而光学成像无法提供小动物的结构信息,CT图像与光学图像融合实现双模态成像,可以提高光学逆向重建的精度,从功能和结构两个方面同时观测生物组织。本文研究了光学-CT双模态成像数据处理的关键技术,主要工作如下:(1)研制了适用于光学-CT双模态成像的小鼠固定装置。利用小鼠固定装置提供的标记点信息,实现光学成像系统坐标系与CT数据坐标系的统一。(2)研究了荧光图像和CT图像的预处理方法。针对激发荧光成像模式下荧光图像存在自发荧光噪声的情况,使用均方差比对和Criminisi修复算法精确提取目标荧光图像。在CT图像预处理中,使用过度分割因子去除小鼠固定装置,并通过形态学方法保留小鼠体表特征。(3)提出了基于深度信息的光源可行区设置方法。将基于格林函数法求扩散近似方程的结果与CCD相机采集的荧光强度建立线性关系,预估光源中心点的深度,并根据双模态坐标转换关系将其融合到CT体数据中进行光源可行区标记,有效提高了可行区设置的速度和准确性。(4)研究了小动物活体成像中体内光源重建算法。针对逆向重建的病态性问题,通过光源可行区的设置及基于l1正则化的StF-Lasso算法实现了体内光源的重建。(5)针对光源重建结果是离散点无法体现其分布和变化情况的问题,提出了基于光源断层图像的光学-CT双模态数据融合的方法,并借助GPU编程实现了双模态融合结果的三维体绘制。小鼠实验结果表明,本文研究的光学-CT双模态成像数据处理算法可以实现体内光源的精确定位及融合显示。