面向光动力治疗在体测评的空间频率域成像方法研究

The key problem influcing the curative effect of Photodynimac therapy(PDT)is howe to decide the precise dosimetry for individual patient and even provide the real-time adjustment of dose. In this proposal, taking advantage of the optical spatial frequency domain imaging (SFDI),the problems associting with SFDI technique in assessment of vascular-targeted PDT for port wine stains are dealt with. The main research content include: (1)investigate the SFDI measurment system which is not only suitable for assessment the vascular-targeted PDT of port wine stains but also able to provide on-line morphology measurement of the target tissue for rectifying the light intensity; (2) for the in vivo clinical assessment of light dosage, we will investiage the method, which is a hybrid of modulated imaging and a qiantitative method for depth-resolving the optical properties of layerd turbid tissue ,and the fast reconstruction method with the dense sampling datasets for quatitative obtaining the intrinsic optical parameters of layered inhomogenous tissue; (3)for the in vivo clinica assesement of photosensitizer dose,through the decoupling of fluorescence and intrinsic opticla parameters of tissue, we will investigate the quantitative method for reconstruction photosensitizer concentration from the measurement;(4) We will investigate the hardware for realizing the individual and precise delivery of light dose. In addition, the scheme for clinical application of the in vivo assesement of vascular-targeted PDT of port wine stains will been investigated. The reasearch will also provide reference to the in vivo PDT assessment of other illness and the development of the photosensitizer.

影响光动力治疗（PDT）效果的瓶颈在于如何根据病人的个体差异精准化剂量，甚至通过在体测评进行实时的剂量调整和优化。本申请利用光学空间频率域成像（SFDI）的优势，针对SFDI应用于鲜红斑痣血管靶向PDT在体测评时存在的科学问题展开研究：（1）研究适合鲜红斑痣血管靶向PDT测评的宽场非接触成像系统，研究基于SFDI的在线表面形貌测量和光强矫正方法；（2）针对光剂量在体测评，研究结合调制成像的、具有深度分辨能力的层状组织光学参数定量反演方法；研究大测量量下的光学参数快速反演方法；（3）针对光敏剂剂量在体测评，通过分离组织本征光学参数对荧光的耦合，研究由表观测量定量反演光敏剂浓度分布的方法；研究空间频率在改善荧光目标重建对比度中的作用；（4）研究个性化、精准化治疗光剂量的硬件实现方法，以及鲜红斑痣血管靶向PDT在体测评的临床应用方案。本研究也将对其它疾病的PDT在体测评、光敏剂研制具有推进作用。

影响光动力治疗(PDT)治疗效果的瓶颈在于其受限于医师的经验和病人的个体差异，因此PDT在体剂量学和测评已经成为近年来的PDT研究热点，其中光学在体测评技术以其天然的PDT兼容优势备受关注。本课题面向鲜红斑痣(PWS)血管靶向PDT在体测评所需解决的宽场快速成像系统、具有深度能力的组织光剂量和光敏剂剂量三维分布定量化以及个性化、精准化治疗光剂量的实现方法等三个关键科学问题展开研究：发展了具有组织轮廓获取功能、适合鲜红斑痣血管靶向V-PDT治疗在体测评的空间频率域成像SFDI测量系统研究平台，该平台整合了传统的EM-CCD和后者更具实用化潜力的基于锁相光子计数单像素双成像模式，可进行多波长、大面积和快速成像，采用四个波长用于光敏激发和波长下光学参数和荧光剂三维分布成像、以及用于评判组织治疗效果的学动力参数成像；通过开展空间频域调制光传输建模和精确光子输运建模先进方法的深入研究，建立了面向PDT在体测评的光学参数和荧光参数定量反演方法，包括均匀组织中空间频率域(SFD)调制光传输的MC模型、非均匀组织空间频域调制光传输的p-DE模型、空间频率域-扩散光学拓扑/层析成像(SFD-OT/DOT)和扩散荧光层析成像(SFD-DFT)等四个主要部分；系统开展PWS-V-PDT在体测评临床应用的精准化照射剂量实现方法研究, 提出了基于临床的治疗激光的精准治疗光剂量投放的硬件实现方案，建立基于皮肤组织光学参数模型的精准化治疗光剂量定量投照方法，初步研究了针对毒性单态氧(TSO)产率的精确PDT疗效测评模型。. 本课题以SFDI方法为中心，有效建立了一个理论严谨、实用高效的鲜红斑痣(PWS)血管靶向PDT在体测评方法体系，并通过数值模拟、仿体及离体组织实验验证了其方法的可行性、定量性和稳定性等性能。我们按原定计划开展了研究，并取得了预期的研究成果，完成了预期的考核指标。

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