[发明专利]适于小动物的荧光分子层析成像方法

摘要

本发明涉及光谱技术在生物医学工程领域的应用，特别涉及一种适于小动物的荧光分子层析成像方法，该方法利用辐射传输方程的扩散近似精确描述了荧光在组织中的传播过程，采用有限元方法计算组织中荧光分布，结合非线性优化算法反推出荧光标记物的浓度和位置，最后通过计算机图形处理进行荧光分子层析成像显示。本发明可基于相应的仪器测量数据，定位小动物组织内部深层荧光标记物位置及其浓度，并层析成像。特别对于深层次的荧光信号，可以准确快速恢复该深层次的荧光信号所携带的深度和强度信息，从而达到准确定位荧光标记物位置和强度的效果，为药物开发，肿瘤治疗提供参考手段。

主权项

1、一种适于小动物的荧光分子层析成像方法，其特征在于，采用荧光标记物在生物体内分布的位置和浓度信息的定量检测技术，包括以下步骤：步骤a、通过荧光分子层析成像系统得到荧光光强分布步骤b、将目标生物组织的空间结构离散为由Ne个空间四边形组成的三维组织模型，这Ne个空间四边形的顶点组成了一个包含Nl个点的集合；每个点的三维位置由Nlx，Nly，Nlz表示，同时在每个点上根据相关文献设定一组目标生物组织的各类组织光学特性参数，包括激发光扩散系数D_e，激发光吸收系数μ_αe，荧光扩散系数D_f，荧光吸收系数μ_αf，和一组猜测的荧光光学参数值U₀，利用有限元方法将分离出来的离散的Ne个空间四边形，Nl个点的集合，和D_e，μ_αe，D_f，μ_αf系数代入如下扩散近似的辐射传输方程式(i)、式(ii)中进行计算，得到离散的荧光光强分布Φ_f，以及荧光光强分布函数对荧光光学参数的偏导数即梯度J=∂Φe(r→)∂U|U0;]]>▿·[De(r→)▿Φe(r→)]-μαeΦe(r→)=0---(i)]]>▿·[Df(r→)▿Φf(r→)]-μαfΦf(r→)=-Φe(r→)U0(r→,ημαf)---(ii)]]>其中下标e代表激发光的各个光学参数。为激发光的扩散系数，μ_αe为激发光的吸收系数，为激发光的光强，为荧光的扩散系数，μ_αf为荧光的吸收系数，下标m代表被激发光的各个光学参数，η代表量子效应常数；步骤c、将步骤b得到的梯度J作为非线性优化算法的搜索方向，将初始猜测荧光光学参数分布值U₀加上梯度J作为下一步迭代算法的初始值U_n，然后将初始值U_n代入步骤b中进行迭代运算得到下一步的梯度Jn，反复迭代运算，直到满足如下公式(iii)：min0<U<α||Φfmeas-K-1Ff(U)Φe||---(iii)]]>最后得到可能与实际光学参数值最接近的像素点集合，逐个计算所述像素点集合中每个像素点的光学参数值；步骤d、根据步骤c得到的每个像素点的光学参数分布图，通过计算机图形处理后显示。