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  • 活体生物光学分子成像与分析平台介绍

    中国教育装备采购网 2010/3/19 13:50:00 围观748次 我要分享

        分子影像学是医学影像技术和分子生物学、化学、物理学、放射医学、核医学以及计算机科学相结合的一门新的学科。本实验室主要研究光学分子影像。与核素等成像模态相比,其设备成本大大降低。通过体内特定分子为成像靶点与特殊成像探针结合,利用Optical和micro-CT等几种成像模态 对小动物进行在体、无损、动态成像,在分子和细胞水平上检测小动物体内感兴趣区域的生理病理活动,从而定量地获取小动物体内的生物相关信息。
      
    成像算法研究

        在光学分子影像中,对病灶等感兴趣区域的成像是通过各种重建算法来实现。通过光学成像系统所获取的生物体表光学信号分布,结合CT系统获取并采用相应算法重见得到该生物体的解剖结构,以及生物体各个组织特异的光学信息分布,对活体小动物体内的感兴趣区域进行成像。由于光学成像固有的病态性(ill-posedness),其重建算法仍然是该领域的国际学术热点与难点。本实验室针对小动物成像实验中的一系列问题,发展了多种重建算法:多水平自适应有限元方法,无网格方法,基于贝叶斯的方法以及基于广义图割的方法等等,在成像精度、深度和速度等方面有了不同程度地提高,从而推动着光学成像在实际中的应用。

        以下几幅图展示了一组自发光光源重建的过程。该光源在肝脏以下,距离体表约8mm。最终准确定位该光源,误差小于0.5mm。

       

    全角度自发光信号与小鼠二维白光配准图

       

      小鼠三维表面光强映射图                   光源重建结果图

     

     
     
    软件平台构建
     

        本实验室与西安电子科技大学、美国弗吉尼亚理工大学光学分子影像实验室联合开发了在体生物光学分子成像与分析平台(Molecular Optical Simulation Environment, MOSE)。MOSE是基于蒙特卡洛方法来仿真光子在生物组织中以及自由空间中传播的平台,通过仿真可以预测小动物体体内和表面的光强信号分布。 针对该方法的计算十分耗时,最新版MOSE大大提高了仿真速度。同时它采用了面向对象设计方法,从而使面向用户的接口简单而易于理解,并使用Qt制作软件界面。目前已向教育和研究机构免费提供,可在网站免费下载试用。

        同时,我们也提供了一组由本实验室micro-CT成像系统成像的非匀质数字鼠模型,也可在网站免费下载使用。

        

     

     

        数字鼠组织图谱在MOSE中的显示           MOSE仿真小鼠表面光强分布
     
    成像系统研发
     

        本实验室自主研发了光学成像系统,用于获取小动物体内发出的极微弱可见光信号,以此检测小动物体内特定感兴趣区的生理病理活动;同时,还研发了针对小动物的micro-CT成像系统,获取其解剖结构信息,既可单独作为一种模态对组织器官进行成像,又可作为光学成像的补充模态,为光源重建提供几何先验信息。 该研究为多模态分子影像成像系统的研发奠定了前期基础。

        

     光学成像系统                      micro-CT成像系统

        

    光学采集与处理软件                          CT采集与重建软件

     

     

     

     

     
    初步在体实验
     
     
        基于本实验室自主研发的光学分子影像成像设备,我们初步开展了肝癌、乳腺癌、鼻咽癌、黑色素瘤等荷瘤鼠模型的成像研究和药物疗效评测,以及检测Luciferase基因在心肌特异性与骨骼肌特异性 转基因鼠中的阳性表达率,达到了预期的实验效果。

         下图是使用环磷酰胺对肝癌荷瘤鼠治疗效果的成像:

    用药组

       

    对照组

     

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