基于winmi软件的采集模块优化与双模态融合实现

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1、基于WinMI软件的采集模块优化与双模态融合实现第一章绪论1.1研究背景近年来，现代医学技术和分子生物学研究的飞速发展，使得医学影像技术越来越备受关注，并呈现出日新月异的发展态势。随着计算机技术的普及应用，医学影像技术已经从一维、二维、三维发展到现今的四维影像，我们不但可观察到解剖和生理上的改变，甚至能够得到细胞及分子水平上的重要信息，一门崭新的走在时代前列的学科分子影像学（MolecularImaging,MI）已经形成并得到飞速发展。它代表着目前最新的医学影像技术和最前沿的医学影响研究领域，它不仅是一种技术变革，而且是各种技术

2、的深度融合，并指引了现代以及未来影像医学变革与前进的方向。分子影像学是以人或者其他生物体为研究对象，通过对分子及细胞水平上的功能代谢的研究，以实现对疾病初期进行相关特异性诊断、治疗效果观测以及新型药物的研发为目的，是一门综合多学科技术的新兴的科学[1]。分子成像技术包括光学成像、CT成像、MR成像以及超声成像等[2]。区别于传统的影像诊断学手段，分子影像学并不是针对病变产生的最终结果进行研究与诊断，而是注重在疾病的根源上检测细胞分子水平的变化以及病理分析。分子影像学最常用的方法是非侵入性、无创性地对活体内的引发生理或医理变化过程的

3、细胞实施准确的定量分析以及定性观测，及早地发现病变的根源与疾病发展阶段[3]。在临床医学、核医学以及应用生物学等领域有较强的挑战性和竞争力，也是今后影像医学的发展方向。自从1895年伦琴发现了X射线开始，光便成为了一种医学手段被广泛地应用于人体疾病的诊治上[3]。从上个世纪70年代开始人们就开始尝试着利用红光对人体的脑功能进行无创性检测研究，到了80年代，人们巧妙地利用了分子吸收光谱中近红外光谱技术对人体的血糖浓度进行检测与研究。而进入新世纪的今天，光学在医疗与科研领域的应用达到了医学史上前所未有的高度，利用光学成像不仅能及早发现

4、疾病，更可以进行无创性与非侵入式诊断与治疗。使得疾病能在早期得到很好的发现与抑制，提高了疾病治疗的效率，是其他医学手段无法比拟的[4]。.1.2光学分子影像概述光学分子成像是基于基因组学和蛋白质组学发展起来的，并结合了光学成像技术的研究成果构成了现在的分子影像技术，即通过使用特定的分子标记物（如荧光素酶、荧光蛋白等）在活体状态下对体内生理、病理过程的分子和细胞活动进行定性或定量的观测和研究。OMI（Opticalmolecularimaging）技术科检测靶向特异性探针，并对体内报告基因进行定位检测和定量研究[5]。目前，常用的O

5、MI技术主要包括在体生物自发荧光成像(Bioluminescenceimaging,BLI)和在体激发荧光成像(Fluorescencemolecularimaging，FMI)以及近红外荧光成像等。在体生物自发荧光成像是应用了荧光素酶(Luciferase)基因去标记生物细胞或DNA，并由其产物与底物反应所发出的光而实现。而在体激发荧光成像则需要先将特定荧光染料标记的分子探针注入到生物体内，并用特定波长的激发光激对生物体内的荧光染料进行激发，使其发出波长长于入射光的红外荧光，便可对生物体内发出的荧光进行成像，不仅可以获取光在组织

6、内吸收与散射系数的分布，还可以获取荧光产额和荧光寿命。在体生物激发光成像中荧光强度的测定不仅依赖于探针的化学性质，且其组织内浓度依赖于各项参数，比如荧光源在组织内的深度或组织本身的密度和均匀性。因此，传统的荧光平面成像仅限于活体生物的浅表部分，仅能获得半定量数据。FMT可以获得荧光分布的立体信息，具有正确的光子传播理论模型，其中包括激发光和发射光在组织内的吸收与发散[5]。而FMI一般是平面成像或者反射成像，通过体外探测器采集到测物体二维数据，其数据信息是由活体动物体表发射或反射出来的荧光信号总和。生物在体激发荧光成像能够非常迅速

7、地和无损伤地获取活体动物的整体成像，其两种成像模式的优缺点可参见表1。..第二章光学分子成像原理与软件平台开发工具介绍2.1光学分子成像原理介绍I软件是由广州中科恺盛公司与西安电子科技大学共同研发的一套集生物自发荧光和激发荧光两种成像模式于一体的光学分子影像软件平台。本套软件需要相应的硬件系统支撑，包括高灵敏度的光学采集仪器-科学级CCD相机和创造暗环境并连接相机接口的控制暗箱等。在I软件的控制操作下，能够实现小动物在体自发荧光和激发荧光两种成像，并得到较为理想的实验效果。在体生物自发光成像是利用荧光素酶去标记活体动物细胞或DNA

8、，在外源给予其底物荧光素的条件下，两者便可以在活体动物体内产生发光现象。不过，这种酶必须在ATP和氧同时存在的情况下，才会催化荧光素进行氧化反应，促使发光现象能够持续进行，也便于对发光信号进行及时数据采集。由于在活体动物体内进行的每次氧化反应只能够