仿CT掃描模式時(shí)域擴(kuò)散熒光層析成像方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、擴(kuò)散熒光層析成像技術(shù)（Diffuse Fluorescence tomography，DFT）作為最具前景的小動(dòng)物成像手段之一，獲得眾多研究小組的青睞。其利用特定的熒光探針，通過重建目標(biāo)體的熒光參數(shù)分布情況來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞或分子水平上生物體內(nèi)部生理、病理過程的在體跟蹤和檢測。在DFT的穩(wěn)態(tài)、頻域和時(shí)域三種測量模式中，時(shí)域測量模式可以提供最多的組織體信息，不僅可對目標(biāo)體的熒光產(chǎn)率進(jìn)行定量分析，還可通過對脈沖激勵(lì)下產(chǎn)生熒光信號(hào)的解析獲得熒光壽命信

2、息，實(shí)現(xiàn)熒光產(chǎn)率和熒光壽命的同時(shí)重建，具有其他測量模式不可比擬的優(yōu)勢。
　　基于時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)(Time-Correlated Single Photon Counting Techniques，TCSPC)技術(shù)的時(shí)間分辨系統(tǒng)為時(shí)域測量的主要方法之一。TCSPC技術(shù)能夠在記錄低強(qiáng)度光信號(hào)時(shí)達(dá)到皮秒量級(jí)的時(shí)間分辨率，且具有極高的靈敏度和準(zhǔn)確率，在時(shí)域測量系統(tǒng)中常與光電倍增管(photomultiplier，PMT)結(jié)合使用。在光

3、學(xué)成像系統(tǒng)中，該時(shí)域測量系統(tǒng)通常采用光纖接觸測量模式，這種光纖與成像腔直接接觸的測量方式使得系統(tǒng)的空間采樣率受到源光纖和探測光纖數(shù)量的限制，測量數(shù)據(jù)的不足直接導(dǎo)致了DFT重建過程中的不適定性加劇，影響重建圖像的質(zhì)量。
　　為了保證系統(tǒng)高靈敏度和高準(zhǔn)確率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)空間采樣密度的提升，本文發(fā)展了一套基于PMT-TCSPC檢測技術(shù)的仿CT掃描模式時(shí)域擴(kuò)散熒光層析成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了集實(shí)驗(yàn)測量、結(jié)果顯示、數(shù)據(jù)保存、時(shí)間原點(diǎn)校正為一體的系統(tǒng)自

4、動(dòng)化集成控制。
　　基于此全時(shí)間分辨系統(tǒng)，利用仿體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了提高空間采樣密度可提高系統(tǒng)成像靈敏度與空間分辨率，系統(tǒng)可分辨邊邊距為4mm的不同cy5.5熒光目標(biāo)體，靈敏度約為1nM/L。此外，進(jìn)行了小鼠在體熒光成像的初步研究，DFT與XCT圖像對比結(jié)果表明，所采用的DFT成像方法能夠?qū)崿F(xiàn)小鼠體內(nèi)熒光異質(zhì)體的準(zhǔn)確定位，驗(yàn)證了其在小動(dòng)物模型在體檢測方向上的有效性和可行性。
　　為了克服擴(kuò)散近似光子輸運(yùn)模型的限制條件，發(fā)展了一種基于