[发明专利]一种针对小动物荧光层析成像系统的信息提取方法

说明书

技术领域

本发明属于医学断层成像技术领域，涉及一种针对小动物荧光层析成像系统的信息提取方法。

背景技术

荧光扩散光层析成像技术（Fluorescence diffuse optical tomography,FDOT）作为一种具有应用前景的小动物成像[1-2]手段正日益得到广泛关注。其目的是在特异性荧光分子探针的标定下，通过照射激发光并测量组织边界发出的荧光信号，对小动物内部肿瘤的产生、转移、肿瘤血管生成及抗肿瘤药物治疗反应等进行实时、非侵入式、特异性的跟踪和探测，为今后临床实践中进行肿瘤的早期诊断、皮下肿瘤的检测等提供了有效的工具。

近年来FDOT系统多采用了基于EMCCD（Electron-Multiplying CCD，电子倍增电荷耦合器件）的非接触式测量方法以增加空间采样率，常利用形状固定且加入匹配液的圆柱型成像腔，优点在于边界信息已知并且轮廓规则，可以简化数值模型的计算。同时可以保证小鼠保持自然状态放置，不会挤压到小鼠，更有利于实验结果。

但该类FDOT系统也存在一些缺陷：首先，由于使用圆柱型成像腔，腔体表面是圆弧曲面而非平面，两侧随着表面的弧度逐渐偏离焦点位置，因此通过EMCCD相机得到的图像因散焦而造成两侧模糊不清。这两侧的大量信息不仅在反映探测对象的性质和特征方面存在偏差，而且增加了图像重建的时间，降低了重建的效率。目前对于散焦常用的解决方法是通过焦点矫正算法[3]进行优化，或者使用大景深的镜头成像，因此计算复杂、系统成本较高。其次，成像时需将小鼠头部以下躯体浸泡在匹配液中，由于小鼠个体间存在差异性（即使同一活体小鼠，骨骼、血液和内脏组织等不同部分的吸收系数和散射系数也极不均匀），很难配制与小鼠组织的光学参数类似的匹配液，又由于CCD动态范围的限制，在传统的采用CCD全部图像的方法中，若采用的匹配液吸收系数过大将导致出射光太弱使得测量数据信噪比过低，而若匹配液吸收系数过小将导致两侧的CCD像素饱和，给测量和重建带来困难。再次，经过本实验室系统[4-5]对小鼠光学参数的实验估测及经验可知，小鼠的吸收系数μ_a大约在0.1mm^-1量级，强烈的光衰减使得对测量系统的灵敏度要求极高，此时空间杂散光成为暗室内难以消除的背景噪声，最终影响图像重建结果。

针对以上问题，本发明提出了一种针对上述非接触式小动物FDOT系统的信息提取方法，在仅有一对光源-探测器的情况下，使用小角度内有效信息进行重建，能够避免焦点矫正计算和对匹配液光学参数的严格要求，并且可消除杂散光的影响。

参考文献

Willmann J K,van Bruggen N,Dinkelborg L M,et al.Molecular imaging in drug development[J].Nature Reviews Drug Discovery,2008,7(7):591-607.

Koenig A,HervéL,Josserand V,et al.In vivo mice lung tumor follow-up with fluorescence diffuse optical tomography[J].Journal of biomedical optics,2008,13(1):011008-011008-9.

Chen X,Gao X,Chen D,et al.3D reconstruction of light flux distribution on arbitrary surfaces from2D multi-photographic images[J].Opt.Express,2010,18(19):19876-19893.

张丽敏.时域荧光扩散光层析的基本理论与实验研究[D].天津大学,2009.

张伟,高峰,武林会,等.面向乳腺肿瘤诊断的时域扩散荧光——光学层析成像系统[J].红外与毫米波学报,2013,32(2):181.

Arridge S R.Optical tomography in medical imaging[J].Inverse problems,1999,15(2):R41.