基于双模态系统的荧光断层成像激发模式的研究

摘要

近十年来，光学分子成像等分子影像技术蓬勃发展，大大推动着医学影像技术的进步。其中，荧光分子成像在外科、神经、心血管疾病等众多领域展现出非常广阔的应用前景。荧光分子成像分为二维平面成像和三维断层成像。传统的二维平面荧光成像只能提供给我们生物体表面的荧光分布，不能得到准确的深度信息。激发荧光断层成像（Fluorescent Molecular Tomography，FMT）是一种新兴的三维成像技术，它克服了二维平面成像无法进行量化的缺点，同时具有灵敏度高、无电离、无放射性等诸多优点，因此得到了广泛关注与飞速发展。
　　FMT重建结果的质量受到多方面因素的影响，其中激发光所采取的投影方式和光源几何结构对FMT重建结果的影响是一个值得研究的问题。本文基于我们自制的光学-CT双模态成像系统，利用Micro-CT所获得的仿体三维结构信息和光学成像系统所采集的表面荧光信息，结合 FMT的数学模型，通过设置不同的激发光投影方式和光源几何结构，研究其对于FMT重建结果的影响。
　　首先对投影方式对重建结果的影响进行研究。本文中讨论的投影方式包括投影数和投影位置。在全角度下取投影数分别为1、2、3、6、12，对单荧光团和双荧光团进行数值仿真。我们通过真实荧光团和重建得到的荧光团的重心可以计算出距离误差，将它作为重建结果质量的评价标准。但在有些实验情况下，被测物并不能被全角度激发，例如平放式激发小鼠，这种情况属于有限角度激发，我们同样取投影数为1、2、3、6、12，对单荧光团和双荧光团进行数值仿真。
　　由于生物组织体内荧光团位置未知，光学参数不同，这些差异会导致重建结果的不同，所以有必要对投影位置对重建结果的影响展开研究。我们取四组投影数，分别为1、3、6、12。每组投影数下有四个投影角度，分别为偏转0度，30度，60度，90度。利用标准方差来衡量投影位置对重建结果的影响。为了进一步验证数值仿真结果，我们进行了仿体实验。结果表明，投影数越多，重建结果越准确；投影位置对重建结果的影响随着投影数的增多而减小。
　　最后我们研究了不同光源几何结构对重建结果的影响。我们取三组投影数，分别是3、6、12，每组投影数下有点、线、面三种光源几何结构，利用距离误差来评判重建结果的质量。随后我们对其进行仿体实验，进一步验证仿真结果。结果表明点光源下重建结果最好，线光源次之，最后是面光源。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 光学分子成像

1.3激发荧光断层成像

1.4研究工作和论文结构

第二章 光在生物组织中的传输模型及其求解

2.1 光和生物组织的相互作用

2.2 光在组织体中的传输模型

2.3 FMT中有限元前向问题求解

2.4 FMT中的逆向问题求解

2.5 本章小结

第三章 双模态系统的介绍

3.1 FMT系统

3.2 Micro-CT系统

3.3 本章小结

第四章 投影方式的研究

4.1 数值仿真

4.2 仿体实验

4.3 本章小结

第五章 光源几何结构的研究

5.1 数值仿真

5.2 仿体实验

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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