反射模式時(shí)域熒光分子層析原理的模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、熒光分子層析成像技術(shù)（Fluorescencemoleculartomography，F(xiàn)MT）是基于熒光探針對(duì)在體特定細(xì)胞和亞細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)定，從而通過成像組織熒光參數(shù)空間分布而獲得特異生化分子表達(dá)方位、強(qiáng)度及其環(huán)境特征的一種新興成像技術(shù)。 本文的研究目標(biāo)是發(fā)展一種基于廣義脈沖譜技術(shù)的反射型時(shí)域熒光分子層析成像實(shí)驗(yàn)及其模擬與仿體驗(yàn)證技術(shù)。 蒙特卡羅（Monte-Carlo，MC）模擬以其特有的靈活性和物理真實(shí)性，成為研究生物

2、組織中光傳輸方面問題的一個(gè)較為理想的模型。模擬結(jié)果可用于驗(yàn)證熒光層析成像中圖像重建方法的正確性及準(zhǔn)確性。本文采用了模擬蒙特卡羅和方差減小蒙特卡羅模擬兩種方法來對(duì)熒光在非均勻組織體中的傳播過程進(jìn)行模擬，并在傳統(tǒng)模擬方法上進(jìn)行了一些改進(jìn)，縮短了計(jì)算時(shí)間。 對(duì)于光學(xué)厚層介質(zhì)，擴(kuò)散方程（又稱為漫射方程，DiffusionEquation，DE）被廣泛地用來作為輻射傳輸方程的近似，因而本文采用擴(kuò)散方程作為光在組織體中的傳輸模型。熒光檢測(cè)量

3、的數(shù)學(xué)表達(dá)式可由激發(fā)光和出射熒光之間耦合擴(kuò)散方程得到。基于圖像重建問題的優(yōu)化，本文采用廣義脈沖譜技術(shù)和歸一化玻恩比。廣義脈沖譜技術(shù)通過拉普拉斯變換將耦合擴(kuò)散方程從時(shí)域轉(zhuǎn)換到復(fù)頻域，只需兩個(gè)特定的頻率，就不僅能重建熒光產(chǎn)率和熒光壽命，還能消除測(cè)量系統(tǒng)放大系數(shù)及時(shí)間原點(diǎn)不確定性的影響。而歸一化玻恩比可以避免圖像重建過程中測(cè)量量與計(jì)算量之間的標(biāo)定。對(duì)于重建算法中的系數(shù)矩陣的計(jì)算，本文采用了外推邊界條件下半無限空間的擴(kuò)散方程解析解。由于求解熒光

4、參數(shù)的線性方程是非適定的，本文采用了基于行操作的代數(shù)重建技術(shù)，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是在重建過程中的每次迭代僅需單行運(yùn)算與存儲(chǔ)，這有助于采用高密度空間剖分實(shí)現(xiàn)高分辨率的圖像重建。 其次本文對(duì)各種具有不同參數(shù)的單目標(biāo)和兩目標(biāo)進(jìn)行三維重建，并對(duì)其空間分辨率、抗噪聲能力，背景不確定性以及不同源和探測(cè)器的個(gè)數(shù)對(duì)重建結(jié)果的影響進(jìn)行了初步評(píng)估。 最后在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。針對(duì)時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)，對(duì)混濁介質(zhì)光學(xué)參數(shù)測(cè)量方法進(jìn)行了改