用于小動物模型研究的擴散光學分子成像技術.pdf

1、進入21世紀，觀測生命過程的主要目的變成探究生物體各組成部分如何協(xié)作形成復雜的系統(tǒng)。光學分子成像（Optical Molecular Imaging，OMI）是新興的研究領域，目前公認的開展活體內分子事件研究的主流手段之一，在生命科學研究中具有重大應用前景。 OMI有平面投影成像和層析成像。平面投影成像，如整體熒光光學成像（Whole-body Fluorescence Optical Imaging，WFOI），因其實現(xiàn)相對

2、簡單，得到廣泛應用。激發(fā)光源是WFOI的基本部件之一。通常采用激光器或大功率、寬譜光源作為WFOI的激發(fā)光源。這樣的成像系統(tǒng)價格高昂、使用不便。本文用LED替代汞燈，研制了基于大功率LED的WFOI系統(tǒng)。光源替代時一般未考慮熒光物激發(fā)譜的影響，這使得替代前后系統(tǒng)獲得的熒光的強度不同。因此基于光譜計算、分析，探討在不同波段，與汞燈激發(fā)的熒光的強度相同時LED需要輸出的光通量。以此分析為依據(jù)配置LED，構建了采用功率型LED的WFOI系統(tǒng)。

3、用該系統(tǒng)在體監(jiān)測GFP（Green Fluorescence Protein，GFP）標記的腫瘤在裸鼠體內生長和藥物治療的動態(tài)過程。WFOI中背景自發(fā)熒光使圖像對比度下降。利用多譜成像提高圖像對比度的方法增加了硬件成本和操作難度。為此對獲得熒光圖像，先根據(jù)背景自發(fā)熒光的色度對背景信號進行抑制，再通過圖像融合來增強圖像的對比度。實驗表明基于功率型LED的WFOI系統(tǒng)成本低、操作簡單。光源替代時，若兩光源的光譜在選擇的波段內分布不一樣，則有

4、必要考慮熒光物激發(fā)譜的影響。相當程度上，軟件方法可替代多譜成像增強熒光圖像的對比度。 光學層析成像如擴散光層析成像（Diffuse Optical Tomography，DOT）的實現(xiàn)相對復雜，但其可提供3-D信息，是一研究熱點?，F(xiàn)有的DOT系統(tǒng)主要是基于光纖的，光源－探測器的幾何結構基本上是平面的。采用光纖的系統(tǒng)結構復雜，光學探頭的結構難于改變，不便于更改掃描精度，通用性較弱。具有平面的幾何結構的DOT需擠壓樣品，將導致樣品

5、變形。因此本文接著討論了一種無光纖的DOT系統(tǒng)。光源發(fā)出的光直接聚焦到樣品表面，探測器在樣品另一側獲取穿過樣品的光子。未采用光纖使得系統(tǒng)對不同尺寸的樣品具有較高適應性。采用旋轉臺帶動光源和探測器部分繞樣品從不同角度掃描成像，通過改變成像的角度間隔以改變掃描精度。研制的DOT系統(tǒng)在成像時無需擠壓樣品，通用性較高。 圖像重構是DOT技術必不可少的過程。本文探討了智能計算技術之一的遺傳算法（Genetic Algorithm，GA)