切伦科夫二次激发的荧光断层成像

PET is an important tool in nuclear medicine molecular imaging, and Cerenkov luminescence imaging achieves radionuclide information using optical means, which is a high throughput and convenience conduct. , Introducing optical probes, secondary Cerenkov induced fluorescence imaging can overcome the penetration limit of weak Cerenkov luminescence and take the advantages of the flexible optical marking methods. However the aliasing between Cerenkov luminescence and secondary excited fluorescence, and the planar imaging modal without depth and quantitative information obstruct this imaging. This research proposes a method for the separation of Cerenkov luminescence and the secondary excited fluorescence based on dual-spectral imaging. Then an secondary Cerenkov induced fluorescence tomography reconstruction approach is built using multiple prior information to achieve three-dimensional and quantitative imaging of radionuclides and fluorescent probes. The proposed method finally is applied to observe apoptosis of gastric tumor cells in situ caused by paclitaxel using a home-made activated fluorescent probe, which can achieve a dynamic assessment of treatment effect and provide a new approach to evaluate treatments of anti-tumor drugs.

PET在核医学分子影像领域是一种非常重要的成像手段，切伦科夫发光成像实现了光学方法对核素的在体成像，为高通量和便捷地开展核素分子成像提供一种选择。 引入荧光探针的切伦科夫二次激发的荧光成像能够有效克服微弱切伦科夫光组织穿透深度问题，同时充分发挥光学探针标记灵活方便的优势。 然而切伦科夫二次激发的荧光成像存在着切伦科夫光和二次激发荧光的信号混叠问题和平面成像无法提供深度和定量信息的缺点。本项目提出一种双光谱成像方法分离切伦科夫光和二次激发荧光；在此基础上构建多重先验信息的切伦科夫二次激发的荧光断层重建方法，实现放射性核素和荧光探针的三维定量成像；最后通过合成靶向细胞凋亡的可激活荧光探针，对抗肿瘤药物紫杉醇治疗小鼠胃癌原位肿瘤过程中的细胞凋亡进行在体监测，实现肿瘤治疗效果的在体动态评估，为抗肿瘤药物疗效评估提供影像学新方法。

核素光学成像中契伦科夫荧光信号来源于核素，而临床应用的核素往往靶向性较弱，或者不具有靶向性。为了解决靶向性问题，契伦科夫二次激发的荧光成像借助于成熟的靶向性荧光探针，实现高靶向性和高信噪比的一种光学分子影像。首先，提出一种核素二次激发的辐射荧光成像，该成像能够有效提高荧光强度和穿透深度，在活体动物研究中的巨大应用潜力。同时将该方法和内窥成像相结合，提出一种核素二次激发的辐射荧光内窥成像获得高达50倍以上检测灵敏度提升，为胃癌的早期诊断提供潜在的检测工具。将辐射荧光材料置于体外进行增敏，提出了一种全贴合增感屏的辐射发光成像，获得高分辨率和高信号强度的光学核素成像方法。结合动态成像模型，提出了一种辐射发光动态成像，可以实现医用核素的光学动态成像，成功观测了核素在体内的代谢过程，尤其是肿瘤组织的代谢过程。成像算法方面，提出一种瞬态中值滤波方法消除伽马射线轰击高性能CCD相机感光芯片所产生的高强脉冲噪声。提出一种基于多图谱配准和自适应体素离散化快速重建方法，自动对各个组织器官进行分割以及网格剖分，极大的简化生物发光断层成像重建流程。提出了一种核素二次激发的辐射荧光断层成像技术，实现了辐射发光材料在生物体内的三维空间分布。本项目紧扣核素光学成像方法，提出了一系列的新型成像方法，为小动物成像提供新的研究工具。