光学分子影像成像的系统及其实验验证硕士论文

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1、摘要光学分子影像是继结构成像和功能成像后的新一代医学影像技术，是无损探测的一种重要成像方式，具有灵敏度高、低成本、方便易用等优点。光学分子影像技术中主要的成像方式是生物自发光成像和激发荧光断层成像。生物自发光成像的信号源是在生物体内特定报告基因表达的蛋白质酶催化作用下，在生物化学反应过程中由化学能转化而成的单一波长的光子，这些光子经过与生物体的复杂作用，最终透射出来，被体外光学成像系统所检测。激发荧光断层成像需要外部光源激发生物体内的荧光标记物(即荧光基团)。荧光的原子核外层电子受N多'I-部光子激发后从基

2、态跃迁至高能级激发态。激发态电子不稳定，会自动回落至低能级轨道，同时辐射出特定波长的光子。这部分光子经过生物组织的吸收与散射，最终被高灵敏度与高分辨率的光学探测器捕获。本文的研究工作围绕分子影像实验室生物自发光成像系统、激发荧光断层成像系统搭建、系统实验验证、实验数据处理等展开。重点在于生物自发光成像系统、激发荧光断层成像系统设计中的关键部件选型、数据采集流程规范、以及数据预处理方法研究。论文设计并完成了仿体和真实胃癌小鼠模型实验，并根据获取的实验数据采用有限元重建算法对光源进行重建，验证了系统的可靠性和算

3、法的可行性。关键词：分子影像生物自发光成像系统激发荧光断层成像系统胃癌小鼠模型实验AbstractOpticalMolecularImagingisanewgenerationofmedicalimagingtechnologyaftertheStructuralandFunctionalImaging，whichisakindofimportantnondestructivedetectionimagingmethod，andhasalotofadvantagessuchasahighsensitivit

4、y,lowcost,easytouse，etc．OpticalMolecularImagingtechnologyincludestwomainimagingapproaches：BioluminescentImaging(BLI)andFluorescenceMolecularTomography(FMT)．Bioluminescentimagingsourceisasinglewavelengthofphotonstransformedfromthechemicalenergyduringthebioc

5、hemicalreactionprocesswimtheproteinenzymescatalysisoftheinvivospecificreportedgeneexpression．Thephotonstransmitthroughthebodyaftercomplexbiologicalfunction州tlltheorganisms，andCanbedetectedbyopticalimagingsystem．FMTneedsexternallightsourcetostimulatethebiol

6、ogyfluorescentmarkerknownasfluorescencegroups．Theouterelectronsoffluorescencetransferfromthegroundstatetoahigherlevelexcitedstateafterthestimulation．Theelectronsontheexcitedstatesarenon．stable，andwillfalltolowerleveltrackautomatically,atthesametime，specifi

7、cwavelengthofthephotonsisradiatedout．Thispartofthephotonswillbeeventuallycapturedbyhighsensitivityandhighresolutionopticaldetectorsafterbeingabsorbedandscatteredbythebiologicaltissue．Inthispaper,BLIsystemandFMThavebeendeveloped．Themainworksincludehowtosele

8、ctthekeypartsofthesetwosystems，systemvalidationexperimentsdesign,experimentaldataprocessing，etc．Phantomexperimentsandmousegastriccancerexperimenthavebeendesignedtoacquiretheexperimentaldatausingthesetwosystem