时域荧光分子层析图像重建的线性特征数据法

通过扩展用于时域扩散光成像(Diffuse Optical Tomography,DOT)的广义脉冲谱技术,提出了一种用于时域荧光分子层析成像(Fluorescence Molecular Tomography,FMT)的线性特征数据图像重建算法.此算法能够同时重建荧光产率和荧光寿命,并且利用模拟数据对此方法进行验证,证明了算法的有效性.

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。

基于联合代数重建技术的介观荧光分子层析成像

针对介观荧光分子层析成像重建问题,提出了一种基于联合代数重建技术的介观荧光分子层析成像重建方法。首先应用主成分分析算法对敏感矩阵进行双重降维操作,以消除敏感矩阵中的冗余信息;其次为保持重建结果与目标数据的一致性,对降维后的矩阵进行零填充;最后应用荧光光强测量数据和填充后的敏感矩阵,经带有总变差正则化项的联合代数重建技术重建组织中荧光探针的三维分布。为了评估所提方法的性能,设计了计算机数值仿体实验和血管树实验。实验结果表明,文中所提方法既提高了算法的重建精度和抗噪声性能又缩短了重建时间。因此,文中所提方法适用于介观荧光分子层析成像重建研究。

荧光分子层析成像图像重建研究进展

荧光分子层析(FMT)成像是一种具有深度分辨能力的宏观光学成像技术,可定位和量化生物体内的荧光分子探针,在蛋白质相互作用研究、药物作用机制解析以及肿瘤治疗效果评价等方面具有巨大的应用潜力。然而,FMT的一个关键挑战是其逆向问题具有高度病态性,这意味着图像重建对测量噪声及各种数值误差非常敏感。要获得良好的图像重建结果,除了尽可能提升系统的性能以减小测量噪声外,还主要取决于两个方面:一是提高正向问题求解的精度以降低数值误差;二是缓解逆向问题的病态性使其抗噪声能力更强。本综述介绍了目前FMT图像重建在这两个方面的研究进展。

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。

蛋白质纯化虚拟仿真课程的教学设计

目的蛋白质纯化是医学与生物学实验教学课程中的一个重要内容,本文通过设计新的蛋白质纯化虚拟仿真教学内容,开发虚拟仿真教学系统,希望学生能够更有效率地掌握蛋白质纯化技术的要点,提升教学质量。方法利用3D虚拟仿真技术,构建虚拟仿真实验室。结合线下教学经验,确定虚拟仿真教学中需要体现的教学内容、教学重点、核心仪器的特色、评分指标、考核方式、操作体验等。结果本文基于3D虚拟仿真技术构建了蛋白质纯化虚拟仿真实验室,和传统教学相比,虚拟仿真教学可以提高教学效率,节省教学成本和场地占用;教学设计和虚拟仿真教学系统融合了教学、练习和考核模块,根据以往的教学经验优化了评分体系,保证学生更加有效、严谨地掌握技术细节;涵盖了全新的教学内容——荧光检测联用的分子排阻层析,添加了蛋白质层析的常用案例,保证了内容的新颖与实用;完全再现了现实实验室中仪器设备的搭建模式,实现虚拟学习与实际操作的无缝衔接。结论蛋白质纯化虚拟仿真教学系统由虚及实,由点及面,把控细节,保证学生动手能力和探索能力的提高,学以致用,并且拥有传统教学模式不可比拟的优势。

基于透射和反射时间分辨测量数据的荧光参数三维重建

提出了一种同时重建荧光参数的全三维时域荧光分子层析方法,通过选择一对合适的拉普拉斯变换因子提取时间扩展曲线的特征信息,求解时域耦合扩散方程。在图像重建过程中,应用代数重建技术求解线性逆问题,且引入归一化玻恩比方法。基于多通道时间相关单光子计数系统对模拟仿体进行了透射和反射式时间分辨数据测量,利用所提方法同时重建了荧光产率和寿命的三维图像。实验结果表明利用反射式测量数据目标体位置、大小、形状等方面具有一定的偏差,透射式达到了较好的重建效果,而两种模式相结合重建效果最优。

用于提高成像灵敏度的区域DOT/FMT混合成像方法

当前荧光分子层析(FMT)技术因假设背景光学结构均匀而导致其灵敏度、定量性和空间分辨率等主要指标与实际应用要求存在一定的差距,而基于区域标识的"粗粒度"扩散光学层析成像(区域DOT)重建算法在目标体结构先验信息的支持以及光学特性分区均匀性自然假设下能够有效获取目标体的光学结构,展开了提高FMT技术成像灵敏度的稳态测量模式下区域DOT/FMT混合成像方法的研究。数值模拟中以含有区域标记的光学数字鼠模型为背景,分别在已知数字鼠精确光学结构、利用区域DOT重建算法获取的数字鼠光学结构以及假设数字鼠各区域光学参数均匀三种背景情况下基于FMT技术重建荧光产率图像,并利用简化的仿体模型进行实验验证。结果表明,该区域DOT/FMT混合成像方法使FMT技术成像灵敏度有了显著提高,荧光产率图像具有更好的定位及量化精度。