【摘要】：熒光分子層析成像(FMT)近年來已成為小動物成像的一種新興技術。FMT通過重建熒光目標體的三維空間分布實現(xiàn)在體無創(chuàng)觀測組織體內(nèi)部細胞或分子水平的生物過程,具有檢測、診斷和監(jiān)測人體腫瘤的潛力。鑒于當前FMT技術因假設背景光學結(jié)構均勻而導致其靈敏度、定量性和空間分辨率等主要指標與實際應用要求存在一定的差距,本文展開了面向熒光分子層析成像的在體目標光學結(jié)構獲取方法研究。在本課題研究中,我們采用擴散光學層析成像(DOT)技術來獲取目標背景光學結(jié)構。DOT是利用散射光來探測組織光學結(jié)構的一種具有低成本、無輻射損傷、成像深度深的在體光學成像技術。但是,由于生物組織體的強散射、低吸收特性以及成像的高空間分辨率需求引起實驗測量數(shù)據(jù)遠少于待求參量個數(shù),使得傳統(tǒng)基于體元DOT技術逆問題呈現(xiàn)高度非適定性。因此,本文在傳統(tǒng)體元DOT重建算法以及在由其他成像模式(如CT,MRI)提供的背景解剖結(jié)構先驗信息的支持下結(jié)合基于光子傳輸模型的逆問題求解策略,發(fā)展了穩(wěn)態(tài)測量模式下基于區(qū)域DOT算法初步解決方案。為驗證該算法對于獲取背景光學結(jié)構的有效性,展開提高FMT成像靈敏度的區(qū)域DOT/FMT混合成像方法的研究。由于基于區(qū)域DOT重建算法即硬先驗(HP)正則化方法其重建精度高度依賴于背景結(jié)構先驗信息的準確性,而軟先驗(SP)正則化法則對背景結(jié)構先驗信息表現(xiàn)為良好的魯棒性,本文又發(fā)展了在背景結(jié)構先驗信息不同誤差水平下利用HP及SP兩種正則化方法(統(tǒng)稱為基于結(jié)構DOT重建算法)獲取復雜背景的光學結(jié)構,并將其用于指導FMT重建以提高其成像靈敏度。鑒于基于結(jié)構DOT重建算法在發(fā)展及應用方面存在一定的局限性,本文又發(fā)展了基于形狀DOT重建技術,不僅通過HP正則化獲取背景光學特性,而且通過球諧函數(shù)展開法對含有一定誤差的背景結(jié)構信息進行調(diào)整。最后,將得到的背景光學結(jié)構用于指導FMT重建以提高其成像靈敏度,以驗證該算法對于獲取復雜背景光學結(jié)構的有效性。以上算法均分別采用標準數(shù)字鼠模型以及簡化的仿體模型進行了模擬驗證以及實驗驗證。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP391.41;R318

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