[发明专利]可调用多种成像算法的在体荧光分子成像建模方法

说明书

技术领域：

本发明属于荧光分子成像应用技术，涉及一种利用各种技术调用多种荧光分子断层成像重建算法对仿体或小动物进行在体荧光团重建的应用方法。并提供可进行多项荧光分子成像的实验，包括透射、反射成像与断层成像的应用软件。

背景技术：

现代社会，癌症及各种心血管疾病日益威胁着人们的健康。尤其是癌症，其存活率低、病人所受痛苦大。现代医学对癌症，尤其是晚期癌症，尚无非常有效的治疗手段，而肿瘤学上最大的挑战之一是如何找到一种早期检测的方法，这是癌症是否能够成功治疗和提高存活率的关键之一。如何能在癌症的早期就发现变异细胞，是医学上长久以来的重大课题。

近年来，在进行肿瘤在体成像中使用荧光指示剂作为外源性对比剂的方法取得了很大的成就。(见论文Becker A，Hessenius C，Licha K，et al.Receptor-targeted optical imagingof tumors with near-infrared fluorescent ligands[J].Nat Biotech，2001，19：327-331)此外，随着现代科学的发展，发现近红外荧光在基因表达图谱、研究蛋白质功能、受体定位、解释细胞通路和检测小分子蛋白之间的相互作用等生物技术方面有着重要的作用。除了能够进行上述分子水平的功能检测外，与其它成像方式相比，荧光分子成像还在一下几个方面具有优势：(1)由低能量的可见红光激发；(2)成像系统成本较低；(3)无电离辐射，染料稳定，不像核素那样衰减，适合长期或频率高的监测；(4)成像结果具有定量性。

但荧光分子成像本身因涉及学术和技术领域广泛(生物光学、医学、应用数学、电子工程和软件工程)，成像方法多样以及成像步骤复杂，导致在将荧光分子成像应用于临床和科研工作的过程中遇到了不少问题：(1)成像过程中需使用多个硬件系统、成像仪器设备模块以及多款软件(见附图1、图2及具体实施方法的描述)，这就需要一种集成方法使整套实验流程得以应用。另外，实验人员难以在短时间内做出实验结果，实验的调试及调配占用了很大一部分精力，这也是需要一种方法集成各项技术的原因之一；(2)从得到成像对像(现阶段多为仿体及小动物)的白光图片及荧光图片到转化实验数据及成像对像建模数据的转化再最终到产生重建结果涉及到多种实验数据的格式，实验过程中如何能使数据格式方便转换成为了实验过程中的技术门槛之一；(3)荧光分子断层成像的成像步骤复杂(见图3及具体实施方法的描述)，实验过程中急需一种手段对成像的各个过程和各个步骤加以整体上的调控；(4)荧光分子断层成像重建的算法有很多，如解析解法、蒙特卡罗前向解法、有限元前向解法及CGLS逆问题解法等(见论文V.Ntziachristos，J.Ripoll，L.V.Wang，and R.Weissleder，″Looking and listening to light：the evolution of whole-body photonic imaging，″Nat.Biotechnol.23(3)，2005，pp313-320)，不同的实验需要不同的重建算法进行成像，并且荧光分子断层成像的重建算法也在不断地研究改进之中，需要一个开源的算法平台对算法研究加以改进(5)现有的成像系统因其模式固定、成像算法单一，难以满足实验室多种实验的开展和多项理论算法的研究，因此一个有效的集成了多种算法的开源的实验平台可以很好地促进荧光分子断层成像的应用、成像实验的开展以及成像算法的研发与改进。

与本发明相比，现阶段的实验软件平台尚存在采用的成像方法固定单一、算法集成度不够、成像算法单一以及算法开发改进的空间不足的缺点，制约了多种实验的开展以及重建算法的研发；而本实验室之前各成像模块中的数据转换环节和各个成像硬件仪器模块的调节尚主要靠人工进行协调，造成了实验效率低、实验过程缓慢等种种弊端。

发明内容：

本发明的目的是提供一套开源的可将荧光分子成像集成整合应用于多种荧光分子成像实验(主要包括透射、反射成像和断层成像)的使用多种荧光分子断层成像荧光团位置和密度的重建算法[A]及图像分析算法的软件平台。并且软件平台的算法可以方便更新，有利于整个算法的改进和实验结果的快速实现。

所述方法是通过一个计算机来控制一个荧光分子成像仪来实现，其步骤依次如下：

步骤(1).初始化，在所述计算机中建立：

Microsoft Visual C++主控制界面程序，

Labwindows/CVI硬件控制程序包，