《基於輻射傳輸方程高階近似的時域螢光分子層析方法》是依託天津大學，由張麗敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於輻射傳輸方程高階近似的時域螢光分子層析方法
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張麗敏
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
螢光分子層析成像技術在現代生物學、醫學研究以及藥物研發等領域極具套用前景，由於其具有特異性、靈敏性、無電離以及光學標記靈活性、多樣性等優點，成為國內外研究熱點。目前成像技術中的圖像反演理論普遍採用擴散方程光子傳輸模型，但該模型在描述生物組織體中的空腔、高吸收區域以及光學測量中光源與探測器近距離等情況存在局限性，從而影響成像準確性。本課題基於時域螢光分子層析的成像優勢，以時域輻射傳輸方程為基礎建立高階簡化球諧近似光子傳輸模型，克服擴散方程的局限性和輻射傳輸方程的複雜性，並研究基於通用圖形處理器並行計算技術的高效數值求解。在精確傳輸模型基礎上，探索基於時間分辨特徵數據的螢光分子層析多參數（螢光產率和壽命）圖像重建算法以及有效改善圖像重建精度、解析度和穩定性的方法，並實現模擬和實驗驗證，為螢光分子層析成像進一步面向實際套用開拓新思路。
結題摘要
螢光分子層析成像技術在現代生物學、醫學研究以及藥物研發等領域極具套用前景，由於其具有特異性、靈敏性、無電離以及光學標記靈活性、多樣性等優點，成為國內外研究熱點。目前成像技術中的圖像反演理論普遍採用擴散方程光子傳輸模型，但該模型在描述生物組織體中的空腔、高吸收區域以及光學測量中光源與探測器近距離等情況存在局限性，從而影響成像準確性。 本課題基於時域螢光分子層析的成像優勢，從輻射傳輸方程出發，主要研究了三方面內容。（1）基於輻射傳輸方程，導出了含各項異性因子的三階展開的球諧函式微分方程組（P3近似）；發展了基於P3近似方程以及基於高階簡化球諧近似（SPN）方程的數值解並與擴散方程和蒙特卡洛模擬進行了比較；基於特徵值分解策略和已發展成熟的擴散方程解析解方法，首次推導了SPN方程以及螢光SPN方程的通用解析解；發展了基於GPU加速的任意複雜組織體光子輸運的蒙特卡洛（MC）建模方法；（2）在精確傳輸模型基礎上，探索基於時間分辨特徵數據的螢光分子層析多參數（螢光產率和壽命）圖像重建算法以及有效改善圖像重建精度、解析度和穩定性的方法。主要包括建立了基於廣義脈衝譜技術的P3、SP3近似方程的多光學參數同時重建方法，以及基於螢光P3和SP3方程的螢光產率和壽命圖像同時重建的方法；發展了螢光導引“擴散光層析（DOT）”圖像重建的方法；發展了基於多級離散小波變換技術的方法；建立基於廣義脈衝普技術的MC-FDOT圖像重建技術；發展了一種pH值敏感性檢測的穩態差分FDOT成像方法以及重疊時間門的全時間分辨數據處理方法等；（3）在模擬和實驗驗證方面，本課題主要基於兩套實驗系統，分別為基於光子計數技術的仿CT掃描模式螢光擴散層析成像系統以及搭建的基於時間相關單光子計數測量模式的時域擴散螢光―光學混合層析成像系統，實現了仿體和實驗驗證，證明了本項目所研究方法的有效性。
