時域擴散熒光層析技術(shù)基本原理與系統(tǒng)研究.pdf

1、近紅外擴散熒光層析成像技術(shù)(Fluorescence diffuse optical tomography,FDOT)作為一種最有前景的小動物成像手段漸漸突顯出來。其目的是在特異性熒光探針的指引下,通過測量規(guī)則組織邊界溢出的熒光信號,對生物體內(nèi)部生理、病理過程在細(xì)胞或分子水平上實現(xiàn)在體動態(tài)觀察。擴散層析成像技術(shù)能夠?qū)τ谀繕?biāo)區(qū)域進(jìn)行全三維定位,并對其所聚集熒光探針的濃度進(jìn)行量化的分析。時域技術(shù)的潛在優(yōu)勢在于通過解析激光脈沖激勵下產(chǎn)生的熒光

2、信號而直接獲取熒光壽命信息,且能夠同時重建熒光產(chǎn)率和壽命以及進(jìn)行多組分分析。
　　 本文提出了對于常用的無限平板透射模式及圓域?qū)游瞿Ｊ降臅r域FDOT的成像重建算法,并且對算法進(jìn)行了詳細(xì)的描述。通過數(shù)值模擬驗證對于算法的空間分辨率及噪聲魯棒性等方面進(jìn)行了準(zhǔn)確的評估。又設(shè)計相關(guān)實驗系統(tǒng),進(jìn)一步通過實驗驗證結(jié)果證明算法的可行性。本文提出的時域FDOT算法是利用基于耦合擴散方程拉氏變換的廣義脈沖譜技術(shù)和基于玻恩比的歸一化逆問題模型,從而

3、實現(xiàn)無限平板透射及圓柱層析模式下的圖像重建。該方法采用外推邊界條件下無限平板和二維圓域結(jié)構(gòu)的擴散方程解析解。為了解決線性求逆過程中的病態(tài)問題,采用了代數(shù)重建技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的線性求逆。并通過引入一對實數(shù)拉氏變換因子,可實現(xiàn)熒光產(chǎn)率和壽命的同時重建。
　　 盡管基于CCD相機的連續(xù)FDOT測量系統(tǒng)己被廣泛接收,但光纖式系統(tǒng)具有的超高靈敏度和皮秒級別的時間分辨能力,使其在時域FDOT領(lǐng)域備受關(guān)注。如時間相關(guān)單光子計數(shù)(TCSPC)系統(tǒng)已

4、經(jīng)成功地在時域擴散光層析系統(tǒng)中得到了廣泛地應(yīng)用。本文針對提出的多維TCSPC系統(tǒng),采用了基于時間分辨反透射測量技術(shù)的混濁介質(zhì)光學(xué)參數(shù)重構(gòu)方法,準(zhǔn)確地測量了固態(tài)仿體和液態(tài)仿體的光學(xué)參數(shù)。
　　 本文利用多通道的時間相關(guān)單光子計數(shù)系統(tǒng)對于透射模式及圓域?qū)游瞿Ｊ降臅r域FDOT重建算法的可靠性及可行性進(jìn)行實驗驗證。其中所用平板型及圓柱型實驗仿體中的熒光靶向區(qū)域由熒光試劑及1％的類脂肪乳的混合溶液構(gòu)成。實驗中采用了已被廣泛的應(yīng)用于生物學(xué)和