一种基于稳态光子计数模式的面向乳腺扩散荧光-光学联合层析成像方法.pdf

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1、第33卷第3期红外与毫米波学报Vo1．33．No．32014年6月J．InflaredMillim．WavesJune，2014文章编号：1001—9014(2014)03—0318—09DOI：10．3724／SP．J．1010．2014．00318一种基于稳态光子计数模式的面向乳腺扩散荧光一光学联合层析成像方法易茜，武林会，王欣，陈玮婷，张丽敏，赵会娟，高峰，(1．天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津300072；2．天津市生物医学检测技术和仪器重点实验室，天津300072)摘要：为增强乳腺扩散光学层析(DiffuseOpticalT

2、omography，DOT)方法的实用性，提出了一套稳态扩散荧光一光学联合断层成像系统与算法．系统采用基于光开关切换的串一并混合门控光子计数检测模式，可有效实现测量时间、灵敏度和系统性价比之间的平衡；算法以图形处理器加速的蒙特卡洛光子输运模型为基础，采用了荧光DOT“导航”的血氧DOT图像重建策略，通过利用高对比度荧光DOT的先验位置信息，可有效改善血氧DOT图像重建的不适定性．仿体实验结果表明，与单独DOT方法相比，此联合方法可明显提高图像重建的定位准确度和定量性．关键词：生物医学工程；扩散光学层析；稳态测量；乳腺癌诊断；蒙特卡洛模拟中图

3、分类号：Q63文献标识码：AAcombineddifusefluorescenceandopticaltomographyofsteady—statephoton-countingmodeforbreasttumordiagnosisYIXi，WULin-Hui，WANGXin，CHENWei．Ting，ZHANGLi—Min一，ZHAOHui—Juanr．GAOFeng'(1．SchoolofPrecisionInstrumentsandOptoeleetroniesEngineering，TiinUniversity，Tianjin30

4、0072，China；2．TianjinKeyLaboratoryofBiomedicalDetectingTechniquesandInstruments，Tianjin300072，China)Abstract：Acombinedfluorescence—opticaltomographymethodologyofsteady—stateisdevelopedtoenhancetheapplicabili—tyofthebreast—dedicateddiffuseopticaltomography(DOT)．Thesystemempl

5、oyeda4-channelgatedphoton—countingteeh—niqueworkinginafiber—switch—basedtandemseries—to—parallelmodetoachievethetradeofamongthemeasuringtime．pro—bingsensitivityandcosteffectiveness．Basedonthegraphics—processing—unitacceleratedMonteCarlomodelingofphotonmigration，afluorescen

6、ce—guidedhemoglobinDOTreconstructionalgorithmwasproposed，whichcaneffectivelyalleviatetheill—posednessofthehemoglobinDOTusingthelocalizationpriorprovidedbythehigh—contrastfluorescenceDOT．Thephan—tomexperimentsdemonstratethatthereconstructionaccuracyandquantitativeperformanc

7、ecanbeimprovedefficientlycorn—paringwiththestandalone—DOT．Keywords：biomedicalengineering，diffuseopticaltomography，steady-statemeasurement，breasttumordiagnosis，Monte—CarlosimulationPACS：42．30．Wb学乳腺层析技术在灵敏度、特异性和安全性等方面引言较x射线、磁共振和超声等传统解剖成像模态具有由于乳腺组织相对均匀的低吸收光学特性以及潜在的综合优势．现有的各种光

8、学诊断方法大多癌变组织血管新生效应所提供的显著的光学对比度仅对组织体的光学或荧光特性成像：如血氧扩散光机制，如血红蛋白浓度升高和血氧饱和度降低等，光学层析(DiffuseOpti