面向熒光分子層析成像的在體目標光學結構獲取方法研究.pdf

1、熒光分子層析成像(FMT)近年來已成為小動物成像的一種新興技術。FMT通過重建熒光目標體的三維空間分布實現(xiàn)在體無創(chuàng)觀測組織體內(nèi)部細胞或分子水平的生物過程，具有檢測、診斷和監(jiān)測人體腫瘤的潛力。鑒于當前FMT技術因假設背景光學結構均勻而導致其靈敏度、定量性和空間分辨率等主要指標與實際應用要求存在一定的差距，本文展開了面向熒光分子層析成像的在體目標光學結構獲取方法研究。在本課題研究中，我們采用擴散光學層析成像(DOT)技術來獲取目標背景光學結

2、構。
　　DOT是利用散射光來探測組織光學結構的一種具有低成本、無輻射損傷、成像深度深的在體光學成像技術。但是，由于生物組織體的強散射、低吸收特性以及成像的高空間分辨率需求引起實驗測量數(shù)據(jù)遠少于待求參量個數(shù)，使得傳統(tǒng)基于體元DOT技術逆問題呈現(xiàn)高度非適定性。因此，本文在傳統(tǒng)體元DOT重建算法以及在由其他成像模式（如 CT，MRI）提供的背景解剖結構先驗信息的支持下結合基于光子傳輸模型的逆問題求解策略，發(fā)展了穩(wěn)態(tài)測量模式下基于區(qū)域D

3、OT算法初步解決方案。為驗證該算法對于獲取背景光學結構的有效性，展開提高FMT成像靈敏度的區(qū)域DOT/FMT混合成像方法的研究。
　　由于基于區(qū)域DOT重建算法即硬先驗(HP)正則化方法其重建精度高度依賴于背景結構先驗信息的準確性，而軟先驗(SP)正則化法則對背景結構先驗信息表現(xiàn)為良好的魯棒性，本文又發(fā)展了在背景結構先驗信息不同誤差水平下利用HP及 SP兩種正則化方法（統(tǒng)稱為基于結構 DOT重建算法）獲取復雜背景的光學結構，并將其

4、用于指導FMT重建以提高其成像靈敏度。
　　鑒于基于結構DOT重建算法在發(fā)展及應用方面存在一定的局限性，本文又發(fā)展了基于形狀DOT重建技術，不僅通過HP正則化獲取背景光學特性，而且通過球諧函數(shù)展開法對含有一定誤差的背景結構信息進行調(diào)整。最后，將得到的背景光學結構用于指導FMT重建以提高其成像靈敏度，以驗證該算法對于獲取復雜背景光學結構的有效性。
　　以上算法均分別采用標準數(shù)字鼠模型以及簡化的仿體模型進行了模擬驗證以及實驗驗證