面向小動物成像的擴散熒光層析先進方法研究.pdf

1、擴散熒光層析成像(DFT)技術作為一種能夠定量提供特異性分子探針空間分布信息的高靈敏度光學分子成像手段,被逐漸地應用于疾病小動物模型體內生化過程的在體跟蹤和檢測。生物醫(yī)學研究的深入發(fā)展對DFT技術的應用范圍、功能和指標都提出了更高的要求。本文致力于研究面向小動物成像的DFT先進方法,其主要內容包括基于穩(wěn)態(tài)擴散方程的差分DFT成像方法研究和實驗驗證,基于時域擴散方程的特征數(shù)據(jù)和全時間分辨DFT先進成像方法研究和實驗驗證,以及基于先進光子輸

2、運模型的DFT成像方法研究和模擬驗證。
　　本文發(fā)展了一種用于pH值敏感性檢測的穩(wěn)態(tài)差分DFT成像方法。該方法基于一種特殊設計的仿CT掃描模式的光子計數(shù)檢測系統(tǒng)和Born歸一化的差分圖像重建算法,來實現(xiàn)對pH異常引起的熒光參數(shù)變化圖像的快速測量和重建。在仿體實驗中,通過定量性實驗驗證了該成像方法具有高精確度的定量能力,并在三種不同的目標體與背景熒光對比度下進行了pH敏感性檢測實驗驗證。
　　基于時域擴散方程,本文分別發(fā)展了基

3、于多級離散小波變換的特征數(shù)據(jù)時域DFT成像方法和基于重疊時間門技術的全時間分辨DFT成像方法。前者利用多級離散小波變換來減少逆向模型中的重建參數(shù),從而改善計算模型的病態(tài)性,提高熒光參數(shù)重建圖像質量。后者使用了全時間分辨數(shù)據(jù),采用重疊時間門技術最大限度地挖掘測量數(shù)據(jù)中所包含的信息,從而提高熒光產率重建圖像的分辨率及量化度。此外,采用了基于時間相關單光子計數(shù)技術的時域測量系統(tǒng)對發(fā)展的時域DFT成像方法進行了實驗驗證。實驗結果表明兩種DFT成

4、像方法均能夠有效地提高熒光參數(shù)重建圖像的量化度和空間分辨率。
　　為了克服擴散近似光子輸運模型本身的限制條件,本文分別發(fā)展了基于穩(wěn)態(tài)輻射傳輸方程的DFT成像方法和基于早期到達光熒光輸運模型的DFT成像方法。前者聯(lián)合了離散立體角元法和有限差分法數(shù)值求解二維穩(wěn)態(tài)輻射熒光傳輸方程,并采用了自然邊界條件及準直光源模型。利用熒光蒙特卡羅模擬方法產生的正向數(shù)據(jù)對該成像方法進行了數(shù)值模擬驗證,并且與基于擴散方程的穩(wěn)態(tài)DFT算法的重建結果進行了比