反射模式時域熒光分子層析原理的模擬和實驗研究.pdf

1、熒光分子層析成像技術(shù)（Fluorescencemoleculartomography，F(xiàn)MT）是基于熒光探針對在體特定細胞和亞細胞進行標定，從而通過成像組織熒光參數(shù)空間分布而獲得特異生化分子表達方位、強度及其環(huán)境特征的一種新興成像技術(shù)。 本文的研究目標是發(fā)展一種基于廣義脈沖譜技術(shù)的反射型時域熒光分子層析成像實驗及其模擬與仿體驗證技術(shù)。 蒙特卡羅（Monte-Carlo，MC）模擬以其特有的靈活性和物理真實性，成為研究生物

2、組織中光傳輸方面問題的一個較為理想的模型。模擬結(jié)果可用于驗證熒光層析成像中圖像重建方法的正確性及準確性。本文采用了模擬蒙特卡羅和方差減小蒙特卡羅模擬兩種方法來對熒光在非均勻組織體中的傳播過程進行模擬，并在傳統(tǒng)模擬方法上進行了一些改進，縮短了計算時間。 對于光學(xué)厚層介質(zhì)，擴散方程（又稱為漫射方程，DiffusionEquation，DE）被廣泛地用來作為輻射傳輸方程的近似，因而本文采用擴散方程作為光在組織體中的傳輸模型。熒光檢測量

3、的數(shù)學(xué)表達式可由激發(fā)光和出射熒光之間耦合擴散方程得到?；趫D像重建問題的優(yōu)化，本文采用廣義脈沖譜技術(shù)和歸一化玻恩比。廣義脈沖譜技術(shù)通過拉普拉斯變換將耦合擴散方程從時域轉(zhuǎn)換到復(fù)頻域，只需兩個特定的頻率，就不僅能重建熒光產(chǎn)率和熒光壽命，還能消除測量系統(tǒng)放大系數(shù)及時間原點不確定性的影響。而歸一化玻恩比可以避免圖像重建過程中測量量與計算量之間的標定。對于重建算法中的系數(shù)矩陣的計算，本文采用了外推邊界條件下半無限空間的擴散方程解析解。由于求解熒光

4、參數(shù)的線性方程是非適定的，本文采用了基于行操作的代數(shù)重建技術(shù)，其應(yīng)用優(yōu)勢是在重建過程中的每次迭代僅需單行運算與存儲，這有助于采用高密度空間剖分實現(xiàn)高分辨率的圖像重建。 其次本文對各種具有不同參數(shù)的單目標和兩目標進行三維重建，并對其空間分辨率、抗噪聲能力，背景不確定性以及不同源和探測器的個數(shù)對重建結(jié)果的影響進行了初步評估。 最后在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，進行實驗驗證。針對時間相關(guān)單光子計數(shù)系統(tǒng)，對混濁介質(zhì)光學(xué)參數(shù)測量方法進行了改