本文關(guān)鍵詞：內(nèi)窺式契倫科夫熒光成像系統(tǒng)及其信號(hào)增強(qiáng)方法　出處：《西安電子科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：由于擁有大量臨床可用的放射性核素探針,契倫科夫熒光成像(Cerenkov Luminescence Imaging, CLI)技術(shù)自提出之日起便受到了研究者們的廣泛關(guān)注。然而,契倫科夫熒光是放射性核素在核衰變時(shí)的二次產(chǎn)物,其強(qiáng)度非常弱,而且大部分能量分布在短波段,當(dāng)核素靶標(biāo)位于較深的生物組織中時(shí)(如消化道腫瘤),傳統(tǒng)CLI技術(shù)難以從生物體表探測(cè)到契倫科夫熒光,限制了CLI技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。本文圍繞CLI技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化面臨的深層靶標(biāo)成像問題,借助于臨床上廣泛使用的內(nèi)窺技術(shù),首先研制了一套內(nèi)窺式契倫科夫熒光成像(Endoscopic Cerenkov Luminescence Imaging, ECLI)系統(tǒng)。其次,針對(duì)ECLI系統(tǒng)采集契倫科夫熒光信號(hào)時(shí)衰減率高、探測(cè)靈敏度低這一問題,提出了一種基于放射熒光材料的契倫科夫熒光信號(hào)增強(qiáng)方法。最后,將提出的契倫科夫熒光信號(hào)增強(qiáng)方法用于提升ECLI系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度。主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1)針對(duì)CLI技術(shù)難以探測(cè)生物體深層核素探針,尤其是消化道腫瘤,所發(fā)出的契倫科夫熒光這一問題,研制了一套基于臨床用消化道纖維內(nèi)窺鏡的ECLI系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一根消化道纖維內(nèi)窺鏡、一個(gè)電子倍增電荷耦合器件(Electronic Multiply Charge Coupled Device, EMCCD)相機(jī)以及一個(gè)避光性良好的光學(xué)耦合器用來連接EMCCD相機(jī)和纖維內(nèi)窺鏡。通過一系列的離體實(shí)驗(yàn)以及基于裸鼠假瘤的在體實(shí)驗(yàn),對(duì)ECLI系統(tǒng)進(jìn)行了較為全面的性能測(cè)試。首先,利用1951 USAF分辨率測(cè)試圖(1951United States Air Force resolution test chart)和一塊自制的、注滿68Ga溶液的分辨率測(cè)試板,我們測(cè)試了ECLI系統(tǒng)的白光分辨率和契倫科夫熒光分辨率,結(jié)果顯示系統(tǒng)的白光分辨率為198μm,契倫科夫熒光分辨率優(yōu)于1mm,證明了ECLI系統(tǒng)可以獲得與PET系統(tǒng)相當(dāng)?shù)目臻g分辨率；其次,通過探測(cè)不同濃度68Ga發(fā)出的契倫科夫熒光,測(cè)試了系統(tǒng)的離體靈敏度和在體靈敏度,結(jié)果顯示系統(tǒng)的離體靈敏度為0.186KBq/μL為(5.033×10-3 μCi/μL),在體靈敏度為1.218 KBq/μL (32.922 ×10-3 μCi/μL);然后,測(cè)試了ECLI系統(tǒng)相較CLI設(shè)備在采集契倫科夫熒光信號(hào)時(shí)的信號(hào)衰減,發(fā)現(xiàn)使用ECLI時(shí)的信號(hào)衰減率約為96%。最后,通過基于裸鼠假瘤模型的在體實(shí)驗(yàn)證明了ECLI系統(tǒng)在促進(jìn)CLI技術(shù)臨床／預(yù)臨床轉(zhuǎn)化方面具有非常大的潛力。2)受放射熒光成像(Radioluminescence Imaging,RLI)技術(shù)的啟發(fā),針對(duì)契倫科夫熒光信號(hào)弱、穿透性差的缺點(diǎn),提出了一種契倫科夫熒光信號(hào)增強(qiáng)方法。在該方法中,使用放射性核素衰變時(shí)產(chǎn)生的高能射線激發(fā)放射熒光材料發(fā)射放射熒光,最終采集到的熒光信號(hào)中不僅包含原始的契倫科夫熒光,還包含放射熒光,從而達(dá)到增強(qiáng)契倫科夫熒光信號(hào)的目的。在本文研究中,我們采用Gd2O2S:Tb放射熒光材料,并通過一系列的離體實(shí)驗(yàn)和基于裸鼠假瘤的在體實(shí)驗(yàn),對(duì)所提出的這種增強(qiáng)方法的效果進(jìn)行了評(píng)估,得到了三點(diǎn)結(jié)論：首先,Gd2O2S:Tb顆粒能被核素衰變時(shí)產(chǎn)生的高能射線激發(fā)發(fā)射熒光信號(hào)；其次,使用Gd2O2S:Tb顆粒能夠有效增強(qiáng)契倫科夫熒光信號(hào)強(qiáng)度與穿透深度；最后,基于裸鼠假瘤模型的在體實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了所提出的契倫科夫熒光信號(hào)增強(qiáng)方法在提升CLI/ECLI在體探測(cè)靈敏度方面的巨大潛力。3)針對(duì)本文所研發(fā)的ECU系統(tǒng)采集契倫科夫熒光信號(hào)時(shí)衰減率高所導(dǎo)致的探測(cè)靈敏度低這一問題,結(jié)合本文提出的基于放射熒光材料的契倫科夫熒光信號(hào)增強(qiáng)方法,探討該熒光信號(hào)增強(qiáng)方法是否能夠提高ECLI系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度。在進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)論證時(shí),為了和契倫科夫熒光信號(hào)增強(qiáng)前的ECU系統(tǒng)靈敏度進(jìn)行比較,實(shí)驗(yàn)時(shí)所使用的放射熒光材料、放射性核素以及成像時(shí)的EMCCD相機(jī)參數(shù)均和原始ECLI系統(tǒng)靈敏度測(cè)試時(shí)的參數(shù)保持一致。結(jié)果表明,使用Gd2O2S:Tb顆粒進(jìn)行契倫科夫熒光信號(hào)增強(qiáng)后,ECLI系統(tǒng)的離體探測(cè)靈敏度提升了53.4倍,在體靈敏度提升了50.1倍。需要注意的是,結(jié)合熒光信號(hào)增強(qiáng)方法后,ECLI系統(tǒng)的在體靈敏度達(dá)到2.43×10-2KBq/μL(6.56×10-4 μCi/μL)低于消化道腫瘤的平均核素匯聚活度,能夠滿足臨床診斷、檢測(cè)的需求。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R817;TP391.41

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