小动物在体自发荧光断层分子影像仪器设备

本项目针对小动物分子细胞信息的在体断层成像新型装备以及活体内生物分子事件的实时监测要求，结合前期在光学分子影像成像理论、数理模型、重建算法和后处理技术上取得的成果积累，研制具有自主知识产权和技术创新的在体自发荧光分子成像设备，开展针对复杂特异性生物组织的成像理论、数学模型和动态快速重建算法研究，有效开展生物组织仿体和小动物病理模型的实验研究，验证系统构建和算法理论的可行性，进一步扩展我国在光学分子影像设备上的研发和应用。

本项目研制了具有自主知识产权和技术创新的在体自发荧光分子成像设备，技术参数最终已达到小动物（小白鼠与基因鼠）体内光源分辨率为<1mm，最大定位深度30mm，时间分辨率为4分钟；研究了针对复杂特异性生物组织的成像理论、数学模型和动态快速重建算法，开展了生物组织仿体和小动物病理模型的实验，并验证了系统构建和算法理论。在国际SCI期刊上发表12篇高质量学术论文，申请国际PCT发明专利3项，授权国内发明专利5项，申请国内发明专利14项，申请计算机软件著作权11项，超额完成预期目标。具体执行情况如下：.1）针对成像理论，提出了组织特异性模型，根据各个组织的结构和光学参数，将其分为三类组织：心脏、肾脏为高散射区域，肺、肝脏为低散射区域，胃和膀胱这类含有空腔的组织为无散射区域，对不同的区域采用的不同的光传输模型进行描述，通过耦合边界条件，最后建立出一个完整的具有组织特异性的光传输模型。.2）针对重建算法，提出了快速迭代阈值收缩算法、自适应选择及稀疏正则化算法、迭代重加权范数优化算法等解决了高维在体三维光源重建的成像质量和速度问题，分析了重建算法的收敛性、精确性和鲁棒性，实现了定性、定位和定量分析功能，完成了重建算法的数值模拟计算程序和并行计算程序，以及对实验数据的计算；.3）针对成像设备，研制了自发荧光断层成像原型机，获取了生物体的结构和功能信息，实现了多角度、高通量和动态连续成像。设备主要由荧光探测模块、信号采集和预处理模块以及计算机工作站组成，完成搭建各个模块的设计、研制以及模块间信号的输入/输出。经测试，系统性能良好，运转顺畅，实现了硬件与软件的联调，形成了最终的设备；.4）针对系统验证，开展了多层次、多角度的验证工作，设计并制作了具有组织特异性的生物组织仿体，检测了设备的特性，确定了系统特征参数，优化了系统；再者，构建了小动物病理模型，通过小鼠荧光标记在体成像实验，验证了光学分子影像成像理论和数理模型的准确性、可靠性和有效性，验证了系统设备的功能和性能。