用于小動(dòng)物模型研究的擴(kuò)散光學(xué)分子成像技術(shù).pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)，觀測(cè)生命過(guò)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(fù)雜的系統(tǒng)。光學(xué)分子成像（Optical Molecular Imaging，OMI）是新興的研究領(lǐng)域，目前公認(rèn)的開(kāi)展活體內(nèi)分子事件研究的主流手段之一，在生命科學(xué)研究中具有重大應(yīng)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(xué)成像（Whole-body Fluorescence Optical Imaging，WFOI），因其實(shí)現(xiàn)相對(duì)

2、簡(jiǎn)單，得到廣泛應(yīng)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(jià)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(shí)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(qiáng)度不同。因此基于光譜計(jì)算、分析，探討在不同波段，與汞燈激發(fā)的熒光的強(qiáng)度相同時(shí)LED需要輸出的光通量。以此分析為依據(jù)配置LED，構(gòu)建了采用功率型LED的WFOI系統(tǒng)。

3、用該系統(tǒng)在體監(jiān)測(cè)GFP（Green Fluorescence Protein，GFP）標(biāo)記的腫瘤在裸鼠體內(nèi)生長(zhǎng)和藥物治療的動(dòng)態(tài)過(guò)程。WFOI中背景自發(fā)熒光使圖像對(duì)比度下降。利用多譜成像提高圖像對(duì)比度的方法增加了硬件成本和操作難度。為此對(duì)獲得熒光圖像，先根據(jù)背景自發(fā)熒光的色度對(duì)背景信號(hào)進(jìn)行抑制，再通過(guò)圖像融合來(lái)增強(qiáng)圖像的對(duì)比度。實(shí)驗(yàn)表明基于功率型LED的WFOI系統(tǒng)成本低、操作簡(jiǎn)單。光源替代時(shí)，若兩光源的光譜在選擇的波段內(nèi)分布不一樣，則有

4、必要考慮熒光物激發(fā)譜的影響。相當(dāng)程度上，軟件方法可替代多譜成像增強(qiáng)熒光圖像的對(duì)比度。 光學(xué)層析成像如擴(kuò)散光層析成像（Diffuse Optical Tomography，DOT）的實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，但其可提供3-D信息，是一研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的DOT系統(tǒng)主要是基于光纖的，光源－探測(cè)器的幾何結(jié)構(gòu)基本上是平面的。采用光纖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光學(xué)探頭的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的DOT需擠壓樣品，將導(dǎo)致樣品

5、變形。因此本文接著討論了一種無(wú)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(cè)器在樣品另一側(cè)獲取穿過(guò)樣品的光子。未采用光纖使得系統(tǒng)對(duì)不同尺寸的樣品具有較高適應(yīng)性。采用旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)光源和探測(cè)器部分繞樣品從不同角度掃描成像，通過(guò)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(shí)無(wú)需擠壓樣品，通用性較高。 圖像重構(gòu)是DOT技術(shù)必不可少的過(guò)程。本文探討了智能計(jì)算技術(shù)之一的遺傳算法（Genetic Algorithm，GA)