课题基金 / 基金详情

基于XCT/FMT成像技术的肿瘤组织荧光剂药代动力学关键技术研究

批准号:
61475115
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
张丽敏
依托单位:
学科分类:
生物、医学光学与光子学
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
马文娟、刘蓉、崔冉亮、王欣、易茜、陈玮婷、王兵元、刘玲玲

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
基于荧光分子层析(FMT)成像技术的荧光剂药代动力学参数重建技术在肿瘤早期检测、肿瘤分期、药效评价、动态生物学和病理信息监测等领域具有重要应用价值。目前该技术研究在国内外处于初始阶段,还有大量关键问题亟待解决。本课题针对肿瘤组织体荧光剂药代动力学研究对测量系统灵敏性、快速性、建模精确性以及图像重建技术鲁棒性等关键技术的要求,发展XCT系统与扫描式光子计数型动态FMT系统协同测量方法,建立非均匀组织精确光子传输模型和药代动力学分室模型,并研究其高效数值求解方法。在此基础上,探索基于XCT先验信息支持的FMT先进反演理论以及基于扩展卡尔曼滤波的药代动力学参数重建技术,并研究有效改善图像重建精度、分辨率和稳定性的方法,结合测量系统进行模拟组织体和小动物实验验证,实现小动物模型肿瘤组织的荧光剂药代动力学多参数动态、定量监测。
英文摘要
The imaging technology of fluorophore pharmacokinetic parameters based on the fluorescence molecular tomography (FMT) has some potential applications in the fields of early tumor detection, staging, efficient evaluation and dynamic monitoring of biology and pathology information. At present, the research is at the initial stage at home and abroad, and there are some major problems to be solved. The performances strongly rely on the three fundamental factors: the sensitivity, rapidity of the measurement system, the accuracy of the modeling and the robustness of the image reconstruction. For these purposes, we implement a highly synergistic scheme of XCT and FMT based on photon counting technology and the prototype system with high-sensitivity, high temporally-and spatially-resolutions, develop an accurate model of the photon migration in heterogeneous tissue and compartmental modeling, and research the highly efficient numerical solutions. Based on these, we build a quantitative and robust inversion framework for FMT image reconstruction with the support of XCT structural a-priori and inversion technology of pharmacokinetic parameters based Expended Kalman Filter. In addition, we further research the methods to improve the quantitativeness, resolution and stability of image reconstruction and investigate the proposed methods based on prototype system. The ultimate goal of the research is to obtain the fluorophore pharmacokinetic multi-parameters and develop a quantitative and dynamic tool for small-animal based tumor malignant biology applications.
荧光剂药代动力学参数重建技术在肿瘤早期检测、肿瘤分期、药效评价等领域具有重要应用价值。本研究在精确建模的基础上实现了一个理论缜密、技术可行的荧光药代动力学多参数图像重建方案,并在此基础上探索出有效改善图像重建精度、分辨率和鲁棒性的方法,并开展了相关验证性实验。主要包括:①将基于光纤耦合的多通道光子计数测量技术与扫描、非接触式测量方案相结合,建立了高灵敏、高分辨的动态XCT/FMT测量系统。该系统可在一分钟内获取荧光层析图像,并获得组织体的结构和功能信息;②使荧光分子层析成像方法得到进一步延伸和发展,在得到荧光相关参数图像的同时,通过分室模型的非线性滤波方法得到荧光剂药代动力学多参数图像,有效估计了荧光剂药代动力学渗透率等参数,并获得了各个室内荧光剂浓度的丰富信息;③基于XCT解剖信息和辐射传输高阶近似方程的非均匀组织精确光子输运模型和分室模型及其基础上的优化重建方法,提高了成像质量的精确性和鲁棒性;④目前已对所提方法和技术进行了动态仿体、活体健康小鼠和活体肿瘤小鼠实验。其中,动态仿体实验有效模拟了荧光剂在组织体内的代谢过程,系统最高分辨率和灵敏度可达5r/min,最高量化度可达98.08%;活体健康小鼠肝部ICG代谢研究,以及ICG和ICG负载纳米药物在肿瘤小鼠中的代谢研究成果充分证明了本项目发展的基于XCT/FMT荧光剂药代动力学研究的有效性。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Performance Enhancement of Pharmacokinetic Diffuse Fluorescence Tomography by Use of Adaptive Extended Kalman Filtering.
使用自适应扩展卡尔曼滤波增强药代动力学漫射荧光断层扫描的性能
DOI: 10.1155/2015/739459
发表时间: 2015
期刊: Computational and mathematical methods in medicine
影响因子: --
作者: [Wang X, Wu L, Yi X, Zhang Y, Zhang L, Zhao H, Gao F]
通讯作者: Gao F
DOI: --
发表时间: 2017
期刊: 中国激光
影响因子: --
作者: [张雁琦, 王欣, 尹国艳, 李娇, 马文娟, 周仲兴, 赵会娟, 高峰, 张丽敏]
通讯作者: 张丽敏
Coupling between radiative transport and diffusion approximation for enhanced near-field photon-migration modeling based on transient photon kinetics
基于瞬态光子动力学的增强近场光子迁移建模的辐射传输和扩散近似之间的耦合
DOI: 10.1117/1.jbo.21.5.050501
发表时间: 2016
期刊: JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS
影响因子: 3.5
作者: [Jia Mengyu, Zhao Huijuan, Li Jiao, Liu Lingling, Zhang Limin, Jiang Jingying, Gao Feng]
通讯作者: Gao Feng
DOI: 10.1364/boe.7.005066
发表时间: 2016-12
期刊: Biomedical optics express
影响因子: 3.4
作者: [Wenbo Wan;Yihan Wang;Jin Qi;Lingling Liu;Wenjuan Ma;Jiao Li;Limin Zhang;Zhong-xing Zhou;Huijuan Zhao;F. Gao]
通讯作者: Wenbo Wan;Yihan Wang;Jin Qi;Lingling Liu;Wenjuan Ma;Jiao Li;Limin Zhang;Zhong-xing Zhou;Huijuan Zhao;F. Gao
共 15 条
    面向口腔癌早期诊断的光电联合一体化定量检测关键技术研究
    • 批准号:
      82071971
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      56.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      张丽敏
    • 依托单位:
    面向早期乳腺肿瘤诊断的MRI导引扩散光层析成像先进方法
    • 批准号:
      81671728
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      56.0万元
    • 批准年份:
      2016
    • 负责人:
      张丽敏
    • 依托单位:
    基于辐射传输方程高阶近似的时域荧光分子层析方法
    • 批准号:
      61108081
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      张丽敏
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金