基于空间光测量的光学层析成像系统研究

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扩散光层析成像(Diffuse Optical Tomography,DOT)和荧光层析成像(Fluorescence Diffuse Optical Tomography,FDOT)技术由于具有良好的特异性、实时性和安全性成为了成像研究的热点。非接触式测量可以获得大量的测量数据,并且避免了接触产生的耦合误差,具有广阔的应用前景。本文设计并搭建稳态域非接触式DOT/FDOT系统,采用EMCCD(Electron-Multiplying CCD)作为探测器并辅以待测体旋转平台,以增加源-探测点数量,快速获得大数据集,提高系统的空间分辨率。最终形成的系统包括激光器、EMCCD、电控平移台/精密电控旋转台、滤光轮和计算机。为了充分发挥该系统获取大数据集的优势,将系统中的各个部分进行集成,实现快速测量、数据采集与分析、成像结果实时显示的自动化控制。采用VisualStudio6.0编写系统的控制程序,实现在连续测量模式下,DOT/FDOT系统的自动化集成。基于此又研究了系统的校准方法,以减小像差和噪声对成像的影响。并研制了适用于上述非接触测量DOT/FDOT用仿体,对搭建的系统进行了DOT及FDOT仿体实验验证。在DOT测量中,分别采用不同的源扫描密度、不同吸收系数的异质体及不同中心距(the center-center separation,CCS)的目标体进行了实验,并结合本组已经发展的适合大测量数据集的DOT/FDOT重建算法进行了图像重建。结果表明:在最佳光源密度为16×16时,由该系统所获得的吸收系数的重建图像,能基本反映出异质体的形状、大小和位置;系统可以区分异质体在吸收系数上的差异,在异质体吸收对比度为2的情况下,重建图像的量化度高达70%;系统完全可以分辨最小距离为CCS=12mm的两个异质体。在FDOT测量中,分别采用不同的源扫描密度和不同荧光浓度的异质体进行了实验。结果表明:在最佳光源密度即每周30个点时,该系统所获得的荧光产率的重建图像可以基本反映异质体的形状、大小和位置;且系统可以检测出不同荧光浓度下的荧光产率变化。该DOT/FDOT系统有望在小动物成像方面发挥作用。
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