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快速估计荧光分子断层成像中单个荧光物的深度
快速估计荧光分子断层成像中单个荧光物的深度
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量 。 F ] 在 MT中有两类 先验信息 可用 :( ) 光物 的深度 、 1荧
引 言
荧光分 子断层成像 (loecnemoeua mo rp y f rsec l lrt ga h , u c o F MT) 利用特异性 的荧光 分子探针标 记分子或 细胞 ,以这些
位置信息 ;() 2 其他成像 方法提 供 的组织光 学特性 与组织 内 部的结构信息 l 。先验信息对于高精度 的重建极其 重要 。 8 ] 荧
廓信息的基础 上进行 的,获取边 界轮廓 和网格剖分是 比较 复 杂的过程 ,虽然有 C msl 网格剖分工 具软件 _ o o等 】 。探测器
测得荧光信号强度 ( 度值 ) a 生物体边 界上 的荧光信 灰 Gry与
号 强 度 L 之 间 有一 缩 放 比例 关 系 , ry G a =L*R t _ ai 1 o 。L除 了 与组织 的光 学 特 性 、 度 d有 关 外 , 与 荧 光 物 受 激 发 出 深 还
收低 散 射 特 性 ,而 在 近 红 外 波 段 (> 6 0n ,呈 现 低 吸 收 A 0 m)
与 MR 等提供结构信 息一 样 , 过反射 仪测得 组织 光学参 I 通
数的方法使得估计 d的过程复杂 。 a 将生物体的光学特 Okwa
性作 为已知,网格剖分后 用空间滤波法求解 逆 问题 ,从而得 到荧 光物 的深度 “ 。进行网格剖分是 在获得生物体边界轮 ]
第3卷, 6 0 第 期
20 10年 6月
光 谱
学
与
光
谱
分
析
V 1 0N . ,p5611 o 3 , o 6p1 1—5 9 .
J n ,2 1 u e 00
S eto c p n p crlAn lss p cr s o ya d S e ta ay i
快 速估 计荧 光分 子 断层成 像 中单个 荧光 物 的深 度
陈延平 ,白 净
清华大学生物医学工程 系,北京 10 8 004
摘
要
荧光分子断层成像支持在体无创研究长时问跨度的分子事件 , 满足 2 世纪 系统化地观测 生命 过程 1
的要求 。在其复杂且耗时 的重建 中, 先验信息有助于加快重建速度 , 提高重建图像的质量。文章将 求解 荧光 物 的深度作为待优化问题 ,由单幅荧光图像 直接快速地估 计深度信 息 。首先根据 生物组织 内的扩散模 型和 外推边界条件 , 推导 出生物体边界上两点处荧光 强度 的比值 风 。然后用粒 子群优化算 法 , 吸收 系数 和散 在 射 系数 的估计 区间 内,由最小化生物体边界上两点处模型值 R 与测量值 R7之 间的差 ,估计 出荧 光物的深 度 。不同尺寸荧 光物 的两个仿体实验的结果表明 , 所提 出的方法不需要 网格剖分和重建 ,能快 速简单地估计‘
出单个类似于球体的荧光物的深度 。
关键词 荧光分子断层成像 ; 深度估计 ; 外推边界 ; 荧光扩散光层析成像 ; 扩散光层析成像
中 图分 类 号 : TN2 ;R 1. 1 1 3 8 5 文献 标 识 码 : A D I 0 3 6/. s .0 00 9 (0 0 0—5 60 O :1 .9 4 ji n 1 0—5 3 2 1 ) 61 1—4 s
生物组织 内的活性提供标记物的生物 分布等三维信息 ,克服 了平 面成像 的局限性 , 有助 于疾病的早期诊断 与生命 机理的
分析 , 促进药物研 制。与其他分子影像 方法如 P T(o io E p s rn t e sintm gah ,P T) 比,F mis o rp y E 相 o o MT 灵敏 度较 高 、快 捷 简便 、费用低 、相对高通量 ,支持在体 无创地研 究长时 间跨 度的分子事件 , 满足 2 1世纪系统化地观测 生命过程 的要求 。 近几 年它发展迅速 , 为生物 医学光 学的一个 研究热点 ,为 成 医学 、生物学 、 药学 、 工程等领域专家所关注| ] 1。 生物组织在可见光的短波长波段 ( <6 0n 呈现 高吸 A 0 m)
收 稿 日期 : 0 90 —8 修 订 E期 : 0 90—2 2 0—61 , t 2 0 —92
的荧光强度 P有关 。 P与荧光物所在处激发光 的强度、荧光
物的量子效率等有关 。R t ai P 的确定 比较麻烦_ o和 1 。Mi l — se ti n将激发光波段 和荧 光波段 内生 物体 的光学 特性作 为相
分子水平 的变化 。 MT通过图像重建 , F 为研究荧光标记物在
结构等先验信息 , MT重建 中整合这些先验信息 , F 能引导重
建, 加速重建 ,提高 重建质 量 ,但是 成像 过程 也变 得 复杂 。
生 物 组织 的光 学 特 性 值 大 致 范 围 已知 ,对 于 个 体 的确 切 特 性 可 用 反 射 仪 测 得 ,在 部 分 研 究 中作 为 已 知 量 处 理 【 1 。
基 金 项 目:国 家 自然 科 学 基 金 项 目 (0 7 5 7 0 3 0 3 ,清 华 一裕 元 基 金 项 目 ,国家 (7 3 6 0 7 ,6 8 1 0 ) 9 3计 划 ) 目 (0 6 B 0 7 0 ,国 家 (6 项 20 C 7 5 0 ) 8 3计 划 ) 项
光物和背景中不同区域 的边界属于结构性先验 信息 , 功能性
先验信息则包 括组 织的吸 收、散 射系数 等¨ 。解 剖学成像 3 ] 如 MRI 引、 co Tc 和 超声[ 等 提供 高精度 的小 动物 c l mi C ” r
标记 的特定分子或细胞作为成Leabharlann 源 , 在体观测它们 在细胞与
高散射特性 。 为了能探测到位于较深处 的荧光物 , MT 中常 F 采用 近红外荧光探针 , 在近红外波段 进行光学 成像 , 一种 是 扩散 光断层 成 像 ( i ueo t a tmo rp y (T) MT d fs pi l o ga h ,D ) 。F f c 和 D T 的重建是 一个 非线性 、不 适定 和病 态的逆 问题 。 O j I T重建中可融合先验信 息以提高重建 速度与/ X) 或结果 的质
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