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与传统的静态光学成像技术相比,基于动力学模型的动态光学成像技术可获取诸如探针代谢曲线、清除速率、受体结合能等在体定量信息,从而对肿瘤的生理病理特征进行更全面的刻画。因此,该技术在肿瘤的特异性受体、药物疗效和生长等定量评估方面具有不可替代的作用。多肽GX1具有良好的胃癌血管特异靶向性,与近红外荧光染料结合构造的近红外荧光分子探针已经被成功应用于胃癌的特异性显像。然而,目前胃癌特异性显像和瘤体状态定量评估的研究仅限于静态光学成像技术,仅能静态的确定肿瘤大小,无法实时反映肿瘤的微环境和灵敏预测其瘤体状态。本文围绕胃癌特异性显像和瘤体状态评估问题,利用动态光学成像技术,开展了基于胃癌血管靶向肽GX1靶向受体定量以及肿瘤生长定量评估的研究。首先,探究了常见因素对动态荧光成像定量结果的影响,包括探针注射剂量、相机曝光时间、动态数据采集方案等,以优化动态荧光成像动态数据采集条件;其次,基于优化后的动态荧光成像动态数据采集条件,开展了基于动态荧光成像的胃癌特异性血管靶向探针Cy5.5-GX1靶向受体定量研究;最后,基于底物的静脉和腹腔两种注射方式,分别构建了相应的适合于动态生物发光成像的动力学模型,实现对肿瘤生长的定量评估研究。主要研究内容包括:1.探讨了胃癌特异性血管靶向探针Cy5.5-GX1注射剂量和相机曝光时间对动态荧光成像定量结果的影响。首先,利用Lammertsma简化的参考区域模型(Lammertsma Simplified Reference Tissue Model,简称SRTM模型)和Gurfinkel两组织不可逆指数模型(Gurfinkel Exponential Model,简称GEXPM模型),结合奇异值分解(Singular Value Decomposition,简称SVD)方法,获取了靶向探针Cy5.5-GX1的两个动力学参数:GX1受体结合能值(Binding Potential,简称BP值)和动力学参数之和(Sum of the Pharmacokinetic Rate Constants,简称SKRC值),和一个静态成像参数:肿瘤-肌肉探针荧光信号比(Tumor-to-Muscle Region Ratio,简称TMR值);其次,通过设置一系列探针注射剂量和相机曝光时间梯度,并依次在各个梯度上求解上述三个定量参数值,建立定量参数与探针注射剂量和相机曝光时间之间的变化曲线;最后,以此变化曲线为依据,确定分别适合于静态光学成像和动态光学成像的最优Cy5.5-GX1探针注射剂量和相机曝光时间,为基于胃癌特异性血管靶向肽GX1的荧光分子探针动力学特性定量的成像参数设置提供参考。2.探讨了动态数据采集方案对动态荧光成像定量结果的影响。为了确保动态数据的完整性,在动态数据采集时需要结合尾静脉插管技术。尾静脉插管技术需要专业人士的复杂操作,增加了动态光学定量成像数据采集的复杂性。首先,根据动态数据采集的延迟采集方式、采样时间均匀性和稀疏度三个因素设计了一系列动态数据采集方案;其次,基于Logan绘图参考区域模型(Logan Graphical Analysis With The Reference Tissue Model,简称GARTM模型),在仿真数据集和实测数据集上测试了上述三个因素对定量Cy5.5-GX1靶向探针BP值的影响;最后,对上述结果进行统计分析,甄选出适用于动态光学成像的最佳动态数据采集方案。结果表明,当仅对定量Cy5.5-GX1靶向探针的BP值感兴趣时,尾静脉插管注射技术是可以被避免的。3.基于最优成像参数和最佳动态数据采集方案,开展了胃癌特异性血管靶向探针Cy5.5-GX1的动力学特性定量研究。利用动态光学成像技术,基于多种动力学模型并结合SVD方法,对胃癌特异性血管靶向探针Cy5.5-GX1的多个动力学参数进行了在体定量。首先,利用GEXPM模型计算靶向探针Cy5.5-GX1的动力学参数之和SKRC值;其次,利用GARTM模型和SRTM模型定量胃癌中与GX1可用受体密度线性相关的探针BP值和受体恢复时间(Receptor Turnover Time,简称RTT值)等动力学参数。定量结果表明,胃癌特异性血管靶向探针Cy5.5-GX1的BP值与SKRC值之间存在着线性相关性。该研究有效的推进了胃癌血管靶向肽GX1的动力学特性研究工作。4.通过用尾静脉和腹腔两种方式注射荧光素底物,开展了基于动态生物发光成像的胃肿瘤生长定量评估研究。首先,分析尾静脉和腹腔注射的荧光素底物在生物体内的代谢特性,以此构建相应适用于动态生物发光成像的尾静脉和腹腔注射动力学模型;其次,采集由静脉注射底物的动态生物发光成像数据,并用三指数模型对其进行拟合,以准确估计底物发光峰值的时间点(Time Point of Light Intensity Peak,简称TLP值);再次,结合已公开的腹腔注射底物的动态生物发光成像数据,利用构建的相应动力学模型进行处理获取荧光素底物的SKRC值等相关动力学参数。定量结果表明,动态生物发光成像定量结果可更早、更灵敏地反映肿瘤微环境变化,有望应用于肿瘤的生长监测和药物疗效反应中。