基于空间编码并行激发的荧光分子断层成像方法的研究

项目研究目标是：研究建立一种新的基于空间编码并行激发的荧光分子断层成像系统。研究意义在于，这种新的成像系统将相对目前的系统具有更高的时空分辨率。因而,它能够观测例如药物代谢这种在小动物体内快速变化的生物学活动。这将为药物动力学研究，疾病病程的在体检测、基因治疗的在体示踪、药物的在体效率评测、功能分子的在体活动规律研究等提供更强大的技术平台。研究内容包括：(1) 研究建立基于空间编码并行激发的荧光分子断层成像方法。理论分析确定最优的空间编码并行激发模式以及相应的最优系统参数。在此基础上建立成像系统，实现对小动物体内荧光目标物的扩散光学成像。(2) 数据处理、图像重建与可视化方法研究。针对小动物快速整体成像中重建问题规模更大，不适定更强的特点，根据光子传输规律和新的光学激发/检测模式，对所获得的数据进行处理和可视化研究，对标记荧光光源进行定位、定量、动态分析，建立相应的算法。

课题“基于空间编码并行激发的荧光分子断层成像方法的研究”的主要任务是基于空间编码并行激发模式建立适于小动物在体成像的荧光分子断层成像系统（Fluorescence molecular tomography, FMT），实现小动物的快速全身成像。在成像系统基础上，研究相应的成像算法，对标记荧光光源进行定位、定量、动态分析。围绕这一总体目标，课题按照预定计划有序开展，在成像系统、重建算法和生物学实验研究等方面取得了相应进展。.在成像系统方面，课题组完成了适用于小动物全身成像的并行激发FMT成像系统。仿体实验验证了系统对不同浓度的荧光探针都具有很好的线性响应能力，同时系统能够对仿体内不同高度的成像目标进行准确重建，从而具备了对小动物进行全身成像的能力。在重建算法方面，为了提高重建算法的准确性、时空分辨率及重建速度并实现动态成像，课题组重点提出了：（1）基于独立分量分析的动态荧光断层成像算法；（2）基于PCA数据降维技术的FMT重建加速算法。同时，将搭建的FMT成像系统与课题组现有的XCT、PET等成像系统结合使用，提出了多模FMT成像算法，主要包括：（1）基于最大后验估计的FMT/XCT双模成像算法；（2）基于迭代重加权最小二乘的FMT/PET双模成像算法。基于所研究的成像系统与成像算法，课题组进行了一系列的生物学实验研究，例如通过FMT/PET双模同步成像在体观测顺铂抗肿瘤治疗效果等。这些生物学研究展示了该系统能为药物动力学研究、疾病病程的在体检测、药物的在体效率评测等提供有效的技术平台。.课题组围绕任务书的整体目标和年度任务安排，按照计划正常进行。已经发表研究论文共29篇，其中SCI收录22篇，EI收录23篇。共申请专利4项，已经授权2项。