面向小動(dòng)物成像的擴(kuò)散熒光層析先進(jìn)方法研究.pdf

1、擴(kuò)散熒光層析成像(DFT)技術(shù)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(xué)分子成像手段,被逐漸地應(yīng)用于疾病小動(dòng)物模型體內(nèi)生化過程的在體跟蹤和檢測(cè)。生物醫(yī)學(xué)研究的深入發(fā)展對(duì)DFT技術(shù)的應(yīng)用范圍、功能和指標(biāo)都提出了更高的要求。本文致力于研究面向小動(dòng)物成像的DFT先進(jìn)方法,其主要內(nèi)容包括基于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程的差分DFT成像方法研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,基于時(shí)域擴(kuò)散方程的特征數(shù)據(jù)和全時(shí)間分辨DFT先進(jìn)成像方法研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,以及基于先進(jìn)光子輸

2、運(yùn)模型的DFT成像方法研究和模擬驗(yàn)證。
　　本文發(fā)展了一種用于pH值敏感性檢測(cè)的穩(wěn)態(tài)差分DFT成像方法。該方法基于一種特殊設(shè)計(jì)的仿CT掃描模式的光子計(jì)數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)和Born歸一化的差分圖像重建算法,來實(shí)現(xiàn)對(duì)pH異常引起的熒光參數(shù)變化圖像的快速測(cè)量和重建。在仿體實(shí)驗(yàn)中,通過定量性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(biāo)體與背景熒光對(duì)比度下進(jìn)行了pH敏感性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　基于時(shí)域擴(kuò)散方程,本文分別發(fā)展了基

3、于多級(jí)離散小波變換的特征數(shù)據(jù)時(shí)域DFT成像方法和基于重疊時(shí)間門技術(shù)的全時(shí)間分辨DFT成像方法。前者利用多級(jí)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(jì)算模型的病態(tài)性,提高熒光參數(shù)重建圖像質(zhì)量。后者使用了全時(shí)間分辨數(shù)據(jù),采用重疊時(shí)間門技術(shù)最大限度地挖掘測(cè)量數(shù)據(jù)中所包含的信息,從而提高熒光產(chǎn)率重建圖像的分辨率及量化度。此外,采用了基于時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)技術(shù)的時(shí)域測(cè)量系統(tǒng)對(duì)發(fā)展的時(shí)域DFT成像方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(kuò)散近似光子輸運(yùn)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(dá)光熒光輸運(yùn)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(zhǔn)直光源模型。利用熒光蒙特卡羅模擬方法產(chǎn)生的正向數(shù)據(jù)對(duì)該成像方法進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證,并且與基于擴(kuò)散方程的穩(wěn)態(tài)DFT算法的重建結(jié)果進(jìn)行了比