活體小動物自由空間熒光分子成像研究.pdf

1、分子成像能夠特異性地對生物體內(nèi)的大分子和細胞成分成像。光學(xué)成像技術(shù),尤其是熒光分子成像已經(jīng)成為在分子或細胞水平上進行生物醫(yī)學(xué)研究的重要成像手段。反射式熒光成像(FRI)與光譜分析相結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)對多種熒光探針信號的同時檢測,有助于觀察分子和蛋白質(zhì)相互作用。熒光分子層析成像(FMT)能夠提供熒光探針的三維和定量信息,將它與計算機層析成像技術(shù)(CT)結(jié)合,能夠為研究者提供更豐富的信息。
　　本文設(shè)計并實現(xiàn)了一套適用于小動物研究的多光譜

2、反射式熒光成像系統(tǒng),并對相關(guān)的數(shù)據(jù)處理算法進行了研究。實現(xiàn)了對活體小動物體內(nèi)熒光探針信號的采集、噪聲和自發(fā)熒光干擾的去除,并能夠?qū)崿F(xiàn)對多種熒光探針信號的采集和分離。特別針對熒光信號微弱,難以與自發(fā)熒光區(qū)分的情況,提出了根據(jù)圖像像素的光譜特性對像素進行分類從而在體提取典型光譜的算法。
　　本文設(shè)計并實現(xiàn)了一套適用于平板樣品的活體小動物熒光分子層析成像系統(tǒng)。系統(tǒng)使用雙軸振鏡實現(xiàn)了激發(fā)光在樣品表面的非接觸式快速掃描,可針對感興趣區(qū)域靈活

3、改變掃描范圍和間距;利用高性能致冷電荷耦合器件(CCD)相機采集微弱的熒光信號;通過適當(dāng)?shù)臄D壓并利用光學(xué)參數(shù)匹配液將成像對象復(fù)雜的形狀擴展為平板狀,簡化了邊界條件。性能測試表明激發(fā)點在光源掃描平面上的空間定位誤差小于200μm;模型試驗表明系統(tǒng)的空間分辨率小于1.7 mm,相對量化誤差在10％以內(nèi);裸鼠在體實驗結(jié)果表明系統(tǒng)能夠?qū)t外熒光染料標(biāo)記的腫瘤組織進行三維成像。
　　本文提出了熒光分子層析成像和CT相結(jié)合的FMT-CT雙模

4、式成像系統(tǒng)的幾何校準(zhǔn)方法。建立了FMT子系統(tǒng)中雙軸振鏡和CCD相機的線性模型;通過標(biāo)記點的位置和輸入電壓求得雙軸振鏡的幾何參數(shù),通過點狀光源位置及其投影位置求得CCD相機的幾何參數(shù);再利用得到的幾何參數(shù)預(yù)測樣品表面上光源的位置和方向,以及探測器位置與它們在成像面上投影的對應(yīng)關(guān)系,同時實現(xiàn)了雙模式系統(tǒng)的圖像配準(zhǔn)。采用計算機模擬驗證了在有噪聲的情況下該方法的準(zhǔn)確性和一致性,然后將本方法應(yīng)用于自制的FMT-CT系統(tǒng)中得到了系統(tǒng)的幾何參數(shù),并利

5、用模型實驗驗證了校準(zhǔn)結(jié)果的正確性。在雙軸振鏡對圓柱樣品的掃描實驗中,激發(fā)光源位置的最大預(yù)測誤差為0.375 mm;而CCD相機對點狀光源成像實驗則證明本方法對空間點在成像面上投影的最大預(yù)測誤差為0.629像素;將本方法分別應(yīng)用于圓柱樣品和具有復(fù)雜形狀的樣品的雙模式三維成像,驗證了本方法的有效性。
　　本文提出了一種利用CT提供的先驗信息幫助處理光學(xué)數(shù)據(jù)的方法,為FMT重建算法提供更準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)。該方法利用CT重建后提供的小動物和