活體小動(dòng)物自由空間熒光分子成像研究.pdf

1、分子成像能夠特異性地對生物體內(nèi)的大分子和細(xì)胞成分成像。光學(xué)成像技術(shù),尤其是熒光分子成像已經(jīng)成為在分子或細(xì)胞水平上進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)研究的重要成像手段。反射式熒光成像(FRI)與光譜分析相結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)對多種熒光探針信號的同時(shí)檢測,有助于觀察分子和蛋白質(zhì)相互作用。熒光分子層析成像(FMT)能夠提供熒光探針的三維和定量信息,將它與計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)(CT)結(jié)合,能夠?yàn)檠芯空咛峁└S富的信息。
　　本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套適用于小動(dòng)物研究的多光譜

2、反射式熒光成像系統(tǒng),并對相關(guān)的數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行了研究。實(shí)現(xiàn)了對活體小動(dòng)物體內(nèi)熒光探針信號的采集、噪聲和自發(fā)熒光干擾的去除,并能夠?qū)崿F(xiàn)對多種熒光探針信號的采集和分離。特別針對熒光信號微弱,難以與自發(fā)熒光區(qū)分的情況,提出了根據(jù)圖像像素的光譜特性對像素進(jìn)行分類從而在體提取典型光譜的算法。
　　本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套適用于平板樣品的活體小動(dòng)物熒光分子層析成像系統(tǒng)。系統(tǒng)使用雙軸振鏡實(shí)現(xiàn)了激發(fā)光在樣品表面的非接觸式快速掃描,可針對感興趣區(qū)域靈活

3、改變掃描范圍和間距;利用高性能致冷電荷耦合器件(CCD)相機(jī)采集微弱的熒光信號;通過適當(dāng)?shù)臄D壓并利用光學(xué)參數(shù)匹配液將成像對象復(fù)雜的形狀擴(kuò)展為平板狀,簡化了邊界條件。性能測試表明激發(fā)點(diǎn)在光源掃描平面上的空間定位誤差小于200μm;模型試驗(yàn)表明系統(tǒng)的空間分辨率小于1.7 mm,相對量化誤差在10％以內(nèi);裸鼠在體實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)能夠?qū)t外熒光染料標(biāo)記的腫瘤組織進(jìn)行三維成像。
　　本文提出了熒光分子層析成像和CT相結(jié)合的FMT-CT雙模

4、式成像系統(tǒng)的幾何校準(zhǔn)方法。建立了FMT子系統(tǒng)中雙軸振鏡和CCD相機(jī)的線性模型;通過標(biāo)記點(diǎn)的位置和輸入電壓求得雙軸振鏡的幾何參數(shù),通過點(diǎn)狀光源位置及其投影位置求得CCD相機(jī)的幾何參數(shù);再利用得到的幾何參數(shù)預(yù)測樣品表面上光源的位置和方向,以及探測器位置與它們在成像面上投影的對應(yīng)關(guān)系,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了雙模式系統(tǒng)的圖像配準(zhǔn)。采用計(jì)算機(jī)模擬驗(yàn)證了在有噪聲的情況下該方法的準(zhǔn)確性和一致性,然后將本方法應(yīng)用于自制的FMT-CT系統(tǒng)中得到了系統(tǒng)的幾何參數(shù),并利

5、用模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了校準(zhǔn)結(jié)果的正確性。在雙軸振鏡對圓柱樣品的掃描實(shí)驗(yàn)中,激發(fā)光源位置的最大預(yù)測誤差為0.375 mm;而CCD相機(jī)對點(diǎn)狀光源成像實(shí)驗(yàn)則證明本方法對空間點(diǎn)在成像面上投影的最大預(yù)測誤差為0.629像素;將本方法分別應(yīng)用于圓柱樣品和具有復(fù)雜形狀的樣品的雙模式三維成像,驗(yàn)證了本方法的有效性。
　　本文提出了一種利用CT提供的先驗(yàn)信息幫助處理光學(xué)數(shù)據(jù)的方法,為FMT重建算法提供更準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)。該方法利用CT重建后提供的小動(dòng)物和