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基于Monte Carlo荧光分子断层成像前向问题的研究
随着生物和光学技术的成熟,近红外荧光成像得到了飞速发展.荧光分子断层成像是以特定波长的光去激发荧光染料,使其吸收入射光,并发出波长长于入射光的近红外荧光.前向问题是进行光学成像是以特定波长的光去激发荧光染料,使其吸收入射光,并发出波长长于入射光的近红外荧光.前向问题是进行光学成像研究的关键环节,可以指导实验以及重建算法.本文提出了一种基于Monte Carlo方法的荧光分子断层成像的光子传输模型,重点研究了激发光激发荧光的过程以及光子在生物体内的传播过程,在已知激发光源、传播介质、荧光物质等参数的条件下,得到荧光光子在CCD探测器上的分布情况,并且分别用理论和实验两种方法对算法的仿真结果进行了验证.
关键词： Monte Carlo方法 荧光分子断层成像 激发荧光 光子传输 -
荧光分子断层成像控制与采集系统软件的设计与开发
以LabWindows/CVI为软件开发平台,设计开发了荧光分子断层成像控制与采集系统软件.通过在软件中设立独立的线程使得计算机能够与各个硬件设备进行实时通讯,集中控制了系统中的各个硬件;通过对图像采集时刻各项设备参数的收集与管理,方便了对实验工作的总结和分析;通过全自动的旋转拍摄功能,提高了实验工作的效率和实验的可重复性.
关键词： LabWindows/CVI 荧光分子断层成像 图像采集 控制系统 -
用于荧光分子断层成像的小动物躯干部分三维表面轮廓重建研究
目的:基于CCD的荧光分子断层成像(FMT)近年来取得了快速发展,非接触式荧光分子断层成像技术(FMT)需要获取成像对象的三维表面轮廓,用于荧光团浓度重建的前向模型.方法:提出一种在白光条件下基于反投影法的三维轮廓提取方法,在获取360°的CCD照片后,滤波反投影重建断层,经过相应的图像平滑处理,得到轮廓边界,校准后重建出表面轮廓.结果:仿体实验和小动物实验结果表明,该方法具有毫米量级的重建精度.结论:该方法能够很好地重建躯干部分表面三维轮廓,较其他表面轮廓提取方法简单、实用,而且能够顺利地结合到荧光成像的工作流程中去,不需要单独成像,保证了整个成像过程的连续性.
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荧光分子断层成像系统的研究进展与比较
荧光分子断层成像(FMT)利用具有特异性的荧光分子探针,在体成像、观测生物体内细胞和分子水平的变化.介绍FMT系统的国内外研究进展,从系统的复杂性、投影数目、光源.探测器(S-D)数据对集大小、重构图像的质量等方面,分析5种S-D几何结构的特点.着重从实现方面,分析、比较已报道的几种FMT系统的特点,并对其多模态成像的可扩展性、临床应用的可能性等进行了总结与展望.
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组织仿体液中近红外荧光分子探针的3-D成像
目的 研制荧光分子断层成像实验系统,获取组织仿体内近红外荧光探针的3-D图像.方法 系统采用低温制冷CCD相机作为高灵敏弱光信号探测器,通过旋转目标物,得到各个角度的激发荧光场.组织内近红外光子传输遵循漫射近似理论,图像重建采用基于有限元的快速算法.结果 荧光检测系统可以获取全周高密度原始数据,重建图像可再现漫射介质内的荧光目标物的位置与3-D形状.结论 仿体液中荧光目标物重建结果良好,可作为在体动物光学断层成像平台.
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用于荧光断层成像的边缘反投影三维表面轮廓提取算法
目的 为非接触式荧光分子断层成像提供一种快速、准确、简单易行的三维表面轮廓提取方法.方法 在获得了成像物体的多角度白光图像后,首先用水平集方法提取边界,然后用基于边缘的反投影方法获得断层图像,后通过提取每一断层图像的轮廓而终获得成像物体的三维表面轮廓数据.结果 仿体实验和小动物实验表明该方法与以往所采用的基于滤波反投影的表面轮廓提取方法具有相当的精度,提取速度则加快了1 ～ 25倍.结论 该方法简单易行,能够适用于荧光分子断层成像系统,并能快速、准确地为后续断层重建提供所需的三维表面轮廓.
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基于完全小二乘原则及归一化共轭梯度法的荧光断层成像重建算法
目的 基于完全小二乘原则,研究荧光断层成像技术.方法 由漫射方程对荧光断层成像正问题建模,并使用有限元法计算出权重矩阵后,引入完全小二乘原则,使用归一化共轭梯度法对荧光信息进行重建.结果 该算法的抗噪性能优于同等情况下基于小二乘原则的重建算法,且对于初值的稳定性较好.此外,避免了普通共轭梯度法解完全小二乘问题时的溢出现象,使得算法的稳定性及实用性增强.结论 本文所提出的算法具有较好的抗噪性、准确性及稳定性,是一种有效的荧光断层成像重建算法.
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基于荧光分子断层成像的多模成像系统研究进展
基于荧光分子断层成像(FMT)的多模成像系统已广泛应用于动物实验研究,它将现有的其他成像模态与FMT系统相融合,实现同时对被测生物解剖学结构、生理学功能和分子或细胞水平生物学活动的在体成像.首先介绍了单模FMT系统的发展历史和现状,并介绍了国内外基于FMT的多模系统的研究进展,着重介绍了文献报道的典型的FMT/CT、FMT/MRI和FMT/放射性核素成像系统的系统组成、工作原理、性能特点及实验应用.对基于FMT的多模成像系统的发展进行了展望.
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基于CT轮廓信息的荧光分子断层重建软件的设计与实现
目的 采用计算机断层成像(CT)获取的轮廓信息,设计开发一款基于CT轮廓信息的荧光分子断层重建(FMT)软件,并使该软件能以模块形式被外部程序调用.方法 分别用C++、MATLAB、COMSOL进行软件的封装、数值运算、有限元分析,并利用MATLAB引擎技术、COMSOL的LiveLnk技术、STL文件和INI文件实现软件内各模块以及程序与外部程序的连接.结果 设计并实现了一款基于CT轮廓信息的荧光分子断层重建软件,并通过了软件测试.结论 此开发方法方便,所开发的重建软件可操作性好、可移植性及适应性强,且安全可靠.
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近红外荧光散射断层成像的研究进展
近红外荧光光学断层成像(FODT)是以合适的荧光探针作为标记物或对比剂,用特定波长的红光激发荧光染料,使其发出波长长于激发光的近红外荧光,通过测量媒质边界处有限点的荧光强度,考虑光子在组织中传播的散射特性,来重建出组织内部的荧光光学特性的分布图像以及组织光学参数.这种成像方式具有无电离辐射、染料稳定、可长期监测和设备简单、成本低等优点,在肿瘤检测、基因表达、蛋白质分子检测和药物受体定位等方面有着很大的应用潜力.在给出近红外荧光散射断层成像典型系统的基础上,详述了近红外荧光在组织中的频域传播模型和重建算法;介绍了两家研究机构在此领域的研究进展;讨论了将该成像方法应用于临床的进一步的发展方向.
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噪声与基于解析解自适应网格荧光分子成像重建的关系
背景:荧光分子断层成像已经成为近年来发展很快的分子影像技术,噪声对这种成像技术提出了挑战.目前噪声对成像结果具体影响的研究还是空白.目的:利用基于解析解的自适应网格荧光分子断层重建方法,研究信号噪声对重建结果的影响.方法:在作者之前提出的基于解析解的自适应网格荧光分子断层重建算法的基础上,观察分析了噪声对荧光分子断层成像的影响.结果与结论:通过在仿真数据中添加噪声,得到了不同信噪比下的重建结果及噪声与重建精度之间关系的规律.实验结果表明,基于解析解的自适应网格荧光分子断层重建算法具有较好的抗噪性.
关键词： 荧光分子断层成像 图像重建:自适应网格 数字化医学 噪声 -
基于近红外荧光蛋白的细菌体内成像研究
目的 建立表达iRFP的细菌株并且进行体内和体外成像.方法 合成iRFP基因序列,构建pPLBV和pET-3 a-iRFP质粒,转化质粒进入细菌,检测细菌激发和发射波长,分析细菌体外和体内荧光分子成像.结果 转化含iRFP质粒的细菌的激发波长峰值为690 nm,发射波长峰值为713 nm,细菌可进行体外和体内荧光分子断层成像.结论 本研究成功构建了表达iRFP的细菌,体内外成像可快速分析该细菌的数量变化和体内分布.
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傅立叶轮廓术在重建三维物体轮廓中的应用
随着荧光分子断层成像(FMT)技术中系统结构和重建算法的改进,FMT技术已经成为一种重要的生命医学研究手段.目前FMT算法都需要得到被测对象的三维表面轮廓作为边界约束条件.本文提出一种在蓝紫光条件下基于傅立叶变换轮廓术(FTP)方法,经图像处理、频谱分析及滤波后重构出FMT系统实验中物体的轮廓.实验结果表明,该方法具有毫米量级的重建精度.该方法能够很好地重建出物体表面轮廓,以及实时监控实验过程中物体的行为,保证了整个成像过程的对应性.此外,该法选用蓝紫光段,避免了对荧光成像的干扰.
