面向熒光分子層析成像的在體目標(biāo)光學(xué)結(jié)構(gòu)獲取方法研究.pdf

1、熒光分子層析成像(FMT)近年來(lái)已成為小動(dòng)物成像的一種新興技術(shù)。FMT通過(guò)重建熒光目標(biāo)體的三維空間分布實(shí)現(xiàn)在體無(wú)創(chuàng)觀測(cè)組織體內(nèi)部細(xì)胞或分子水平的生物過(guò)程，具有檢測(cè)、診斷和監(jiān)測(cè)人體腫瘤的潛力。鑒于當(dāng)前FMT技術(shù)因假設(shè)背景光學(xué)結(jié)構(gòu)均勻而導(dǎo)致其靈敏度、定量性和空間分辨率等主要指標(biāo)與實(shí)際應(yīng)用要求存在一定的差距，本文展開(kāi)了面向熒光分子層析成像的在體目標(biāo)光學(xué)結(jié)構(gòu)獲取方法研究。在本課題研究中，我們采用擴(kuò)散光學(xué)層析成像(DOT)技術(shù)來(lái)獲取目標(biāo)背景光學(xué)結(jié)

2、構(gòu)。
　　DOT是利用散射光來(lái)探測(cè)組織光學(xué)結(jié)構(gòu)的一種具有低成本、無(wú)輻射損傷、成像深度深的在體光學(xué)成像技術(shù)。但是，由于生物組織體的強(qiáng)散射、低吸收特性以及成像的高空間分辨率需求引起實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)少于待求參量個(gè)數(shù)，使得傳統(tǒng)基于體元DOT技術(shù)逆問(wèn)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(jié)構(gòu)先驗(yàn)信息的支持下結(jié)合基于光子傳輸模型的逆問(wèn)題求解策略，發(fā)展了穩(wěn)態(tài)測(cè)量模式下基于區(qū)域D

3、OT算法初步解決方案。為驗(yàn)證該算法對(duì)于獲取背景光學(xué)結(jié)構(gòu)的有效性，展開(kāi)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(yàn)(HP)正則化方法其重建精度高度依賴于背景結(jié)構(gòu)先驗(yàn)信息的準(zhǔn)確性，而軟先驗(yàn)(SP)正則化法則對(duì)背景結(jié)構(gòu)先驗(yàn)信息表現(xiàn)為良好的魯棒性，本文又發(fā)展了在背景結(jié)構(gòu)先驗(yàn)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(jié)構(gòu) DOT重建算法）獲取復(fù)雜背景的光學(xué)結(jié)構(gòu)，并將其

4、用于指導(dǎo)FMT重建以提高其成像靈敏度。
　　鑒于基于結(jié)構(gòu)DOT重建算法在發(fā)展及應(yīng)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(shù)，不僅通過(guò)HP正則化獲取背景光學(xué)特性，而且通過(guò)球諧函數(shù)展開(kāi)法對(duì)含有一定誤差的背景結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行調(diào)整。最后，將得到的背景光學(xué)結(jié)構(gòu)用于指導(dǎo)FMT重建以提高其成像靈敏度，以驗(yàn)證該算法對(duì)于獲取復(fù)雜背景光學(xué)結(jié)構(gòu)的有效性。
　　以上算法均分別采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字鼠模型以及簡(jiǎn)化的仿體模型進(jìn)行了模擬驗(yàn)證以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證