基于透射解析模型的时域扩散荧光层析原理与实验

利用基于耦合扩散方程拉氏变换的广义脉冲谱技术和基于玻恩比的逆模型归一化表示形式,提出了无限平板透射模式下的时域扩散荧光层析图像重建方法.该方法采用外推边界条件下无限平板结构扩散方程的解析解,通过引入一对实拉氏变换因子及相应的两次线性求逆,可实现荧光产率和寿命的同时重建.将提出的算法进行了数值模拟验证,在空间分辨率、噪声鲁棒性等方面进行了评估.通过实验验证获得的荧光参数空间分布较准确的重建结果证明了此重建算法的有效性和可行性.

时域X射线激发荧光断层层析成像方法研究

目标为了能够在X射线激发荧光断层成像(XLCT)中同时重建荧光产率和荧光寿命参数分布,进行了时域XLCT方法研究。方法笔者提出了一种基于时间相关单光子计数(TCSPC)技术的时域XLCT方法 ,并建立了基于广义脉冲谱技术(GPST)的正向模型,通过数值模拟验证时域XLCT方法的可行性。结果能够同时获得荧光产率和荧光寿命参数分布,重建结果具有极高的重建精度和空间分辨率。结论仿真计算结果表明,对于多组分荧光基团,时域XLCT方法能够同时成功重建荧光产率和寿命参数。

基于辐射传输方程三阶简化球谐近似模型的时域荧光扩散层析图像重建方法

采用辐射传输方程的简化三阶球谐函数(SP3)近似作为时域荧光扩散层析成像(FDOT)的正向模型,克服了球谐函数近似法(PN)公式复杂,计算量大的缺点和扩散近似(DA)理论对于低散射组织体的不适用性。考虑到时域模式可以同时重建荧光产率和寿命,且技术上较频域模式更容易实现,因此采用时域模型,应用源自广义脉冲谱技术(GPST)的特征数据类型,将基于DA-GPST推广到SP3方程,发展了一套基于SP3-GPST的FDOT图像重建方法。数值模拟结果表明,SP3-GPST重建结果优于DA-GPST。

荧光分子层析中的全时间分辨图像重建法

在荧光分子层析(Fluorescence molecular tomography,FMT)中,全时间分辨(Time Resolved,TR)测量包含了最多的光子传输信息。基于有限元-有限差分扩散方程的正向模型和Newtown-Raphson的逆向模型,将全时间分辨方法用于时域荧光分子层析中,用模拟数据对算法在空间分辨率、定量性、重建尺寸和灰度的保真度以及噪声稳健性等方面进行了验证。结果表明,此方法能够实时重建荧光产率和荧光寿命图像。与以前发展的基于广义脉冲谱技术(Generalized pulse spectrum technique,GPST)的特征数据法进行图像重建相比较,整体上优于广义脉冲谱技术。

基于GPU加速蒙特卡罗建模的时域荧光扩散层析方法

为解决含有低散射、高吸收和空腔区域组织内扩散方程光子输运模型的不适用性,发展了基于图形处理单元(GPU)加速的任意复杂组织体光子输运的蒙特卡罗建模方法。在此基础上,提出了基于蒙特卡罗正向模型的时域荧光扩散层析广义脉冲谱技术法。模拟结果表明,与扩散方程相比,基于蒙特卡罗模拟的时域荧光扩散层析对含有低吸收高散射、低吸收低散射、高吸收低散射、高吸收高散射和空腔异质体的复杂组织体中荧光目标体的位置和形状都进行了更准确的重建,从而验证了这种荧光图像重建方法的通用性。