仿CT掃描模式擴(kuò)散熒光層析成像方法

王 欣，高 峰，李 嬌，趙會(huì)娟

(天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院，天津 300072)

仿CT掃描模式擴(kuò)散熒光層析成像方法

王 欣，高 峰，李 嬌，趙會(huì)娟

(天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院，天津 300072)

為了實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高空間采樣密度的擴(kuò)散熒光層析成像，提出了一種基于光子計(jì)數(shù)技術(shù)的仿CT掃描模式的成像方法．光源經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后入射到仿體上，光電倍增管探測(cè)得到光源同一水平面101.25°～258.75°均勻分布的8路探測(cè)信號(hào)．按照與CT相似的方式，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)仿體以實(shí)現(xiàn)對(duì)仿體的0°～360°掃描，采用光子計(jì)數(shù)方式采集多個(gè)光源入射角下多個(gè)探測(cè)位置的光子數(shù)信息，獲得的大量數(shù)據(jù)可降低重建過(guò)程的病態(tài)性，使重建結(jié)果更加準(zhǔn)確．仿體實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于熒光劑Cy5.5的探測(cè)可以達(dá)到2,nmol/L左右的濃度和邊對(duì)邊距離5,mm的空間分辨率，增加空間采樣密度可以提高系統(tǒng)的靈敏度和分辨率．

擴(kuò)散熒光層析成像；熒光產(chǎn)率；仿CT掃描模式；光子計(jì)數(shù)；圖像重建

擴(kuò)散熒光層析成像(diffuse fluorescence tomography，DFT)是以合適的熒光探針作為標(biāo)記物或?qū)Ρ葎锰囟úㄩL(zhǎng)的光激發(fā)熒光染料，使其吸收入射光產(chǎn)生能級(jí)躍遷，經(jīng)過(guò)特定的時(shí)間衰減回基態(tài)并發(fā)出熒光，通過(guò)測(cè)量媒質(zhì)邊界上有限點(diǎn)的熒光強(qiáng)度，考慮光子傳播散射特性，重建出組織內(nèi)部的熒光光學(xué)特性的分布圖像[1-2]．DFT沒(méi)有放射性損傷且可以實(shí)現(xiàn)生物活體內(nèi)特異性大分子生化過(guò)程的無(wú)損三維定量觀測(cè)，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，包括乳腺癌和睪丸畸形的檢測(cè)、藥代動(dòng)力學(xué)等．目前，一般的影像學(xué)所揭示的是疾病發(fā)展過(guò)程中較晚期的結(jié)構(gòu)變化，熒光擴(kuò)散層析成像可以早期檢測(cè)和揭示疾病，有利于疾病的早期診斷及治療[3]．此外，DFT還特別適合基于小動(dòng)物病理模型的生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究[4]．

在DFT中，重建實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的熒光產(chǎn)率提供了熒光團(tuán)的位置和強(qiáng)度信息[5]．DFT的測(cè)量模式有時(shí)域(time domain，TD)、頻域(frequency domain，F(xiàn)D)和連續(xù)波(continuous wave，CW)3種．其中，TD與FD模式可以實(shí)現(xiàn)較高的功能和指標(biāo)[6]，但相關(guān)技術(shù)方法較為復(fù)雜；連續(xù)波模式即穩(wěn)態(tài)測(cè)量模式重建圖像的方法較為簡(jiǎn)單和成熟，且其設(shè)備價(jià)格相對(duì)較低，另外，由于穩(wěn)態(tài)測(cè)量模式獲取數(shù)據(jù)的速度快[7]，在體測(cè)量時(shí)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，尤其對(duì)于藥代動(dòng)力學(xué)和快變化生理信息獲取等研究有較大意義．

對(duì)于生物組織的光學(xué)探測(cè)，出于安全性考慮，其光源功率較低；另外生物組織具有高散射特性，這使得需要探測(cè)的信號(hào)為微弱光信號(hào)．光子計(jì)數(shù)技術(shù)以其對(duì)微弱光信號(hào)探測(cè)的高靈敏度而成為生物組織光學(xué)探測(cè)的重要手段之一．目前大多數(shù)用于擴(kuò)散熒光層析成像的系統(tǒng)都受到有限數(shù)量的源和探測(cè)器的限制，空間采樣密度低，而擴(kuò)散熒光層析成像的重建算法由于離散化后需要求解的熒光參數(shù)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)量，具有嚴(yán)重的病態(tài)性．提高空間采樣密度可以增大數(shù)據(jù)量，降低病態(tài)性，從而實(shí)現(xiàn)高空間分辨率，改善信噪比和成像質(zhì)量[2,8]．雖然CCD相機(jī)能夠提供大量的光學(xué)投影數(shù)據(jù)而被廣泛應(yīng)用于DFT領(lǐng)域，但要獲得高信噪比和高分辨率需要較長(zhǎng)的積分時(shí)間[9]；為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高空間分辨率，本文提出了一種基于光子計(jì)數(shù)技術(shù)的仿CT掃描模式的擴(kuò)散熒光層析成像方法:光源經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后入射到仿體上，在光源同一水平面101.25°～258.75°之間均勻放置8路探測(cè)光纖，按照與CT相似的方式，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)仿體以實(shí)現(xiàn)對(duì)仿體的0°～360°掃描．

本文采用光子計(jì)數(shù)方式采集多個(gè)光源入射角下多個(gè)探測(cè)位置的光子數(shù)信息，空間采樣密度高，靈敏度高．仿體實(shí)驗(yàn)證明對(duì)于熒光劑Cy5.5的探測(cè)可以達(dá)到2,nmol/L左右的濃度和邊對(duì)邊距離5,mm的空間分辨率．系統(tǒng)的空間采樣密度程控可調(diào)，可根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇，提高空間采樣密度可以改善系統(tǒng)的靈敏度和分辨率．

1 仿CT掃描模式DFT方法

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

圖1 仿CT掃描模式DFT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 CT-analogous mode DFT experimental system

本文提出了一種仿CT掃描模式DFT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)，主要由光源系統(tǒng)、衰減器、準(zhǔn)直器、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)、電動(dòng)升降臺(tái)、源光纖與探測(cè)光纖、光開(kāi)關(guān)、實(shí)驗(yàn)仿體、濾光輪、PMT及計(jì)數(shù)模塊等組成．其中，光源系統(tǒng)(LTC100-B，LPS-660-FC，Thorlabs)提供穩(wěn)定的連續(xù)波光源，波長(zhǎng)為660,nm，并經(jīng)衰減器(FVA-3100，EXFO，Canada)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)．本系統(tǒng)的具體工作過(guò)程如下:光源耦合入芯徑為62.5,μm、數(shù)值孔徑為0.22的光源光纖中，并經(jīng)準(zhǔn)直器(FC230SMA-B，Thorlabs)準(zhǔn)直后入射到仿體表面；均勻分布于光源同一水平面的101.25°～258.75°之間的8路探測(cè)光纖(芯徑為500,μm，數(shù)值孔徑為0.37)分別收集相應(yīng)探測(cè)位置的擴(kuò)散光，并經(jīng)由8∶1光開(kāi)關(guān)切換分別導(dǎo)入馬達(dá)驅(qū)動(dòng)濾光輪，如圖1(b)所示；光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)檢測(cè)濾光處理后的光信號(hào)，分別得到不同探測(cè)位置的激發(fā)光和熒光的光子數(shù)信息．按照與CT相似的方式，系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)仿體，以實(shí)現(xiàn)對(duì)仿體的0°～360°掃描，采集多個(gè)光源入射角下的光子數(shù)信息．測(cè)量過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)被放置于暗箱內(nèi)以去除雜散光的影響，并由基于Labview語(yǔ)言編寫的程序控制而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量．

系統(tǒng)中，仿體與光纖架為同心圓設(shè)計(jì)，光源準(zhǔn)直器與探測(cè)光纖固定在光纖支架上，如圖1(b)所示．電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)不斷旋轉(zhuǎn)仿體以改變光源入射角度，電動(dòng)升降臺(tái)將仿體沿z軸方向垂直成像平面移動(dòng)，使系統(tǒng)能夠進(jìn)行三維圖像掃描和重建．每一個(gè)xy平面的掃描數(shù)據(jù)用以重建該平面的二維圖像，系統(tǒng)對(duì)于仿體進(jìn)行逐層掃描，使用全部掃描數(shù)據(jù)重建三維圖像．通過(guò)程控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度與升降臺(tái)的步進(jìn)距離，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同的空間采樣密度，旋轉(zhuǎn)臺(tái)的分辨率為0.002,5°，每次二維掃描可以實(shí)現(xiàn)最多144,000個(gè)入射角度，獲得1,152,000個(gè)數(shù)據(jù)．

本文采用的近紅外熒光染料為Cy5.5，其峰值激發(fā)波長(zhǎng)約為670,nm，峰值熒光發(fā)射波長(zhǎng)約為700,nm.實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量激發(fā)光與熒光信號(hào)，其中熒光信號(hào)較為微弱．為了更好地探測(cè)到熒光信號(hào)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)濾光輪中放置一個(gè)帶通濾光片(FF01-716/40-25，Semrock)，用以濾除激發(fā)光信號(hào)而探測(cè)到熒光信號(hào)．另外，濾光輪前的準(zhǔn)直器(FC230SMA-B，Thorlabs)使探測(cè)光準(zhǔn)直入射到濾光片，以達(dá)到更好的濾光效果．激發(fā)光的測(cè)量是利用濾光輪中的空孔直接探測(cè)，這里假設(shè)微弱的熒光信號(hào)對(duì)激發(fā)光的影響是可以忽略的[10]．濾光輪中可以放置不同的帶通濾光片，用以探測(cè)不同類型的熒光劑．

光子計(jì)數(shù)模塊包括光電倍增管(PMT)與32位計(jì)數(shù)模塊．由于具有較寬測(cè)量范圍，計(jì)數(shù)系統(tǒng)可以使用同一計(jì)數(shù)門寬測(cè)量較強(qiáng)的激發(fā)光信號(hào)和微弱的熒光信號(hào)，無(wú)需使用中性密度濾光片，也不會(huì)達(dá)到計(jì)數(shù)飽和或溢出．光子計(jì)數(shù)模塊的計(jì)數(shù)門寬程控可調(diào)(50,μs～10,s)，可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度選擇合適的門寬，使得系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性以及對(duì)低濃度熒光劑的較高的探測(cè)靈敏度．

1.2 實(shí)驗(yàn)仿體

采用由聚甲醛制成的圓柱體模仿組織體，其底面半徑為15,mm，高為50,mm．在660,nm波長(zhǎng)下，使用時(shí)間分辨光譜法測(cè)得所用仿體的吸收系數(shù)μa= 0.003,8,mm-1，約化散射系數(shù)μs'=0.978,mm-1,[11-12].仿體的背景熒光產(chǎn)率根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定為0.000,01 mm-1. 仿體1如圖2(a)所示，目標(biāo)體為3個(gè)底面直徑為4,mm、深為35,mm的圓柱形孔，目標(biāo)體中心距離圓柱仿體中心軸線9,mm，夾角為120°．仿體2如圖2(b)所示，目標(biāo)體為3個(gè)底面直徑為3,mm、深為35,mm的圓柱形孔．孔中注入1%的Intralipid溶液與Cy5.5熒光劑的混合溶液作為目標(biāo)體．實(shí)驗(yàn)中，假定激發(fā)光波長(zhǎng)與熒光波長(zhǎng)處的光學(xué)參數(shù)是相等的．

圖2 實(shí)驗(yàn)仿體示意Fig.2 Sketch of phantom

1.3 圖像重建方法

本文采用擴(kuò)散方程作為光在組織體中的傳輸模型，激發(fā)光和出射熒光在混濁介質(zhì)中傳播可以用式(1)中的耦合擴(kuò)散方程近似描述．

式中:κx和κm分別為激發(fā)光和熒光波長(zhǎng)下的擴(kuò)散系數(shù)；μax和μam分別為激發(fā)光與熒光波長(zhǎng)下的吸收系數(shù)；分別為激發(fā)光和熒光的光子密度；afημ為熒光產(chǎn)率；c為介質(zhì)中的光速；；以上參數(shù)均為位置矢量r的函數(shù).

根據(jù)式(1)，光源位于sr處時(shí)，在dr處測(cè)得的熒光光子密度等于熒光體元dV在整體上的積分．重建熒光產(chǎn)率時(shí)，本文采用了歸一化玻恩比[13]，得到熒光密度表達(dá)式為

其中

離散過(guò)程導(dǎo)致所要求的體元上的熒光參數(shù)個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于測(cè)量數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，使得對(duì)體元熒光參數(shù)的求解過(guò)程變?yōu)榍范?undetermined)問(wèn)題，并且線性方程組的解很易受到噪聲干擾，成為病態(tài)問(wèn)題(ill-posed)，測(cè)量數(shù)據(jù)的微小變化可能引起重建圖像的完全變異，因此很難用直接的矩陣求逆的方法得到．在此情況下，只能通過(guò)對(duì)原問(wèn)題的求解過(guò)程做某種約束以求得原問(wèn)題穩(wěn)定的、合理的近似解，這個(gè)過(guò)程稱為正則化過(guò)程[15]．本文采用的方法為代數(shù)重建技術(shù)(ART)，如式(8)所示，求得的為熒光產(chǎn)率值．

為了研究空間采樣密度對(duì)系統(tǒng)靈敏度的影響，采用不同的旋轉(zhuǎn)間隔對(duì)仿體1掃描成像，獲得不同空間采樣密度下的熒光產(chǎn)率圖像，如圖3所示．其中，計(jì)數(shù)模塊的計(jì)數(shù)門寬設(shè)為500,ms，3個(gè)目標(biāo)體Cy5.5溶液的濃度分別為8,nmol/L、4,nmol/L、2,nmol/L，經(jīng)過(guò)x軸的目標(biāo)體濃度為4,nmol/L，順時(shí)針依次為2,nmol/L、8,nmol/L，旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)間隔分別為45°、22.5°、11.25°、5.625°，即光源入射角數(shù)分別為8、16、32、64．重建圖像中黑色圓圈為目標(biāo)體的理想位置，可以看出當(dāng)光源入射角數(shù)為8時(shí)，系統(tǒng)只能分別出8,nmol/L的目標(biāo)體，并且其形狀和位置信息不準(zhǔn)確；當(dāng)光源入射角數(shù)為64時(shí)，系統(tǒng)可以分辨出4,nmol/L目標(biāo)體，且目標(biāo)體的形狀和位置較為準(zhǔn)確．由于光源入射角數(shù)增加而增大的數(shù)據(jù)量降低了重建問(wèn)題的病態(tài)性，改善了信噪比，提高了重建結(jié)果的準(zhǔn)確性，使得系統(tǒng)對(duì)低濃度熒光劑的分辨能力提高．由于本系統(tǒng)的空間采樣密度靈活可調(diào)，對(duì)高濃度的熒光劑可以選用低采樣密度以縮短數(shù)據(jù)采樣時(shí)間，為了探測(cè)較低濃度熒光劑則可適當(dāng)加大采樣密度以提高靈敏度.

2 仿體實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

圖3 不同空間采樣密度下仿體1熒光產(chǎn)率圖像Fig.3 Yield images of phantom 1,under different spatial sampling densities

為了研究所提出成像方法的靈敏度，首先使用濃度為1%的Intralipid溶液與Cy5.5制成母液，并采用光譜儀測(cè)得母液中Cy5.5的濃度為8,μmol/L．用相同體積的1%Intralipid溶液與Cy5.5母液混合得到的濃度為4,μmol/L．將相同體積的濃度為4,μmol/L的Cy5.5溶液與1%Intralipid溶液混合則得到2,μmol/L的Cy5.5溶液．以此方法，采用1%的Intralipid溶液不斷稀釋熒光溶液得到不同濃度熒光劑溶液(2,nmol/L～8,μmol/L)．實(shí)驗(yàn)中將濃度比為4∶2∶1的Cy5.5溶液分別填充于仿體1的3個(gè)圓柱孔中作為目標(biāo)體，經(jīng)過(guò)x軸的目標(biāo)體為中濃度Cy5.5溶液，順時(shí)針依次為低濃度和高濃度Cy5.5溶液．其中，計(jì)數(shù)門寬設(shè)為500,ms，旋轉(zhuǎn)間隔為5.625°，光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)依次獲取光源對(duì)面8個(gè)探測(cè)位置的投影信號(hào)，對(duì)仿體進(jìn)行360°掃描得到64個(gè)入射角下512組光子數(shù)信息．重建得到一系列仿體熒光產(chǎn)率圖像以及熒光產(chǎn)率圖像中經(jīng)過(guò)各個(gè)目標(biāo)體中心與仿體中心的剖線圖，如圖4和圖5所示．圖4為仿體1的熒光產(chǎn)率圖像，其中黑色圓圈為目標(biāo)體的理想位置，可以看出所提出的仿CT掃描模式DFT方法對(duì)熒光產(chǎn)率進(jìn)行了有效重建，合理揭示了目標(biāo)體的位置、形狀以及熒光劑的濃度，并且表現(xiàn)出良好的量化度與空間分辨率．圖5為不同濃度時(shí)經(jīng)過(guò)各個(gè)目標(biāo)體中心和仿體1中心的剖線圖，其中剖線1、剖線2、剖線3分別為經(jīng)過(guò)高濃度、中濃度、低濃度Cy5.5溶液目標(biāo)體中心與仿體中心的剖線值；理想曲線的最大值根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)中高濃度目標(biāo)體中心熒光產(chǎn)率最大值歸一化得到．由圖5可以看出，每次實(shí)驗(yàn)中不同濃度目標(biāo)體的熒光產(chǎn)率最大值的比值接近4∶2∶1，與熒光劑濃度比值相符，說(shuō)明本方法具有良好的量化特性．由圖4可知，當(dāng)Cy5.5溶液的濃度降低到2,nmol/L的時(shí)候系統(tǒng)已經(jīng)不能把目標(biāo)體與背景很好地分離，證明系統(tǒng)在光源入射角數(shù)為64時(shí)的靈敏度約為2,nmol/L左右．以上的結(jié)果也證明本文所提出的方法能夠有效分辨出目標(biāo)體的濃度并且具有較高的靈敏度．重建圖像中的目標(biāo)體尺寸存在略微的膨脹，圖像的邊緣存在一些偽像，這是由重建算法本身所固有的病態(tài)性和信息量的缺乏所造成的[16]．此外，熒光產(chǎn)率比值與濃度比值并非完全一致，這可能是由于溶液配制過(guò)程中的誤差造成的．不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果中同濃度目標(biāo)體的熒光產(chǎn)率值并不相同，這是由于不同實(shí)驗(yàn)的光源及其他條件不能保證完全一致所造成．影響圖像質(zhì)量可能的原因還有激光器輸出強(qiáng)度的穩(wěn)定性、仿體的光學(xué)參數(shù)與熒光參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差等．

圖4 不同目標(biāo)體濃度下仿體1熒光產(chǎn)率圖像Fig.4 Yield images of phantom 1,under different concentrations

圖5 經(jīng)過(guò)各個(gè)目標(biāo)體中心與仿體1中心的熒光產(chǎn)率剖線圖Fig.5 Profiles of phantom 1,under different concentrations

圖6 不同空間采樣密度下仿體2熒光產(chǎn)率圖像(邊對(duì)邊距離7,mm)Fig.6 Yield images of phantom 2,under different spatial sampling densities(the edge to edge distance is 7,mm)

不同光源入射角數(shù)下的熒光產(chǎn)率圖像如圖6所示，以研究不同空間采樣密度對(duì)系統(tǒng)分辨率的影響．采用不同的旋轉(zhuǎn)間隔對(duì)仿體2掃描成像，邊對(duì)邊距離為7,mm的兩個(gè)孔內(nèi)注入濃度為500,nmol/L左右的Cy5.5溶液作為目標(biāo)體，另外一個(gè)孔中注入1% Intralipid溶液當(dāng)作背景．圖6中，黑色圓圈為目標(biāo)體的理想位置；旋轉(zhuǎn)角度為22.5°、11.25°、7.5°、5.625°、3.75°、1.875°，即光源入射角數(shù)分別為16、32、48、64、96、192，計(jì)數(shù)模塊的計(jì)數(shù)門寬設(shè)為500,ms，光源強(qiáng)度等其他條件保持不變．由重建圖像可以看出，當(dāng)光源入射角數(shù)較小時(shí)，兩個(gè)目標(biāo)體無(wú)法被分辨；隨著光源入射角數(shù)的增大，系統(tǒng)逐漸可以分辨兩個(gè)目標(biāo)體．圖7中理想曲線的最大值設(shè)為實(shí)驗(yàn)中目標(biāo)體中心熒光產(chǎn)率的最大值，可以看出空間采樣密度的提高可以相應(yīng)地改善系統(tǒng)的分辨率和量化度. 若使入射角數(shù)繼續(xù)增加，數(shù)據(jù)量相應(yīng)增大，重建算法的病態(tài)性將進(jìn)一步得到改善，分辨率將提高，但采樣時(shí)間則相對(duì)增加，系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇．

為了研究系統(tǒng)的空間分辨率，對(duì)仿體2中邊對(duì)邊距離分別為5,mm和3,mm的兩目標(biāo)體分別掃描成像，采用濃度為500,nmol/L左右的Cy5.5溶液注入目標(biāo)體，另外一個(gè)孔中注入1%Intralipid溶液當(dāng)作背景．旋轉(zhuǎn)角度為1.875°，即光源入射角數(shù)為192，計(jì)數(shù)模塊的計(jì)數(shù)門寬設(shè)為500,ms．重建得到邊對(duì)邊距離分別為5,mm和3,mm的熒光產(chǎn)率圖像，如圖8所示，從熒光產(chǎn)率圖像及其過(guò)兩目標(biāo)體中心的剖線圖中可以看出，當(dāng)掃描入射角數(shù)為192時(shí)，邊對(duì)邊距離為5,mm時(shí)可以分辨兩個(gè)目標(biāo)體，邊對(duì)邊距離為3,mm時(shí)則不能分辨．故本文所提出的仿CT掃描模式的DFT系統(tǒng)在掃描入射角數(shù)為192時(shí)的空間分辨率為5,mm左右(邊對(duì)邊距離)．

圖8 仿體2兩目標(biāo)體的熒光產(chǎn)率圖像及剖線(邊對(duì)邊距離為5,mm與3,mm)Fig.8 Yield images and profiles of phantom 2,under different sampling densities(the edge to edge distances are 5,mm and 3,mm)

圖7 不同空間采樣密度下仿體2剖線圖(邊對(duì)邊距離7,mm)Fig.7 Profile of phantom 2,under different spatial sampling densities(the edge to edge distance is 7,mm)

3 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種基于光子計(jì)數(shù)技術(shù)的仿CT模式的DFT方法．仿體實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，此方法可獲得熒光的產(chǎn)率圖像具有較好的量化度；對(duì)于不同濃度的熒光劑Cy5.5具有較好的定量性和較高的靈敏度；仿CT掃描方式提供的高空間采樣密度，可降低重建過(guò)程的病態(tài)性，提高系統(tǒng)分辨率和靈敏度．本文提供的仿CT模式DFT方法，空間采樣密度可以根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇，在小動(dòng)物分子成像和人類乳腺層析成像方面有較好的應(yīng)用前景．為了以更快的速度獲得更高質(zhì)量的圖像，系統(tǒng)和算法方面需要更多的深入研究．

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Diffuse Fluorescence Tomography Method with CT-Analogous Scanning Mode

Wang Xin，Gao Feng，Li Jiao，Zhao Huijuan
(School of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

A CT-analogous mode of diffuse fluorescence tomography(DFT)based on photon-counting has been proposed to achieve high sensitivity and high spatial sampling density. The incidence light on the phantom is a collimated beam and eight detection fibers placed from 101. 25° to 258.75° in the same place of the source collecting eight detective signals. By rotating the phantom from 0° to 360° as a CT system does，the system acquires the number of photon by photon-counting on different sites of the phantom under different incident perspectives. The large data-set reduces the ill-posed problem of the reconstruction and achieves a more accurate imaging. The proposed system can disclose the concentration of Cy5.5 target with a high sensitivity and fidelity as the concentration is above 2,nmol/L and the edge-to-edge spatial resolution is about 5,mm. By increasing the spatial sampling density，a better resolution and sensitivity can be achieved.

diffuse fluorescence tomography；fluorescence yield；CT-analogous scanning mode；photon counting；image reconstruction

R338.8

A

0493-2137(2013)12-1106-08

DOI 10.11784/tdxb20131209

2012-06-06；

2013-05-31.

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2009AA02Z413)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30870657，30970775，81101106，61108081).

王 欣（1988— ），博士研究生，wangxin88@tju.edu.cn.

高 峰，gaofeng@tju.edu.cn.