时间：2020-07-13
光动力治疗（Photodynamic therapy，PDT）是利用光敏剂的光动力反映产生细胞毒素杀死靶细胞的一种治疗手段，在肿瘤以及微血管病变等疾病的治疗中具有广泛应用前景。该方法目前存在的问题在于治疗过程中很难考虑患者的个体差异性，光敏剂和光剂量的投放受限于医师的经验判断，因此，发展一套在体、定量化的剂量学研究和测评方法是亟待解决的一个问题。本研究方向主要内容为基于组织体光学参数测量和光敏剂发射荧光浓度分布测量的在体剂量学研究。通过组织光学参数的测量实现组织体光通量分布的获取和治疗光剂量的精准投放，通过荧光浓度分布的测量实现对病变区域的诊断和光敏剂剂量的精准调控，最终达到有效治疗同时不造成周围正常组织的损伤的目的。由于空间频域成像(Spatial Frequency Domain, SFD)技术能够进行宽场功能性成像，且具有快速，非接触成像等优点，特别适合于皮肤组织的成像，因此采用空间频域成像技术测量组织光学参数及光敏剂浓度。研究具体内容包括发展高灵敏度的空间频域成像系统、表面形貌测量及光强矫正方法、空间频率域扩散光层析成像及荧光分子层析成像（SFD-DOT/FMT）算法等。
空间频率域成像采用光的空间调制技术，将强度上具有不同空间频率和初相位的光投射到组织体表面，通过测量表面漫反射或荧光光流，反推出吸收系数和散射系数或者荧光浓度的分布。为实现微弱光条件下的高灵敏度成像以及多波长并行采集，本课题建立了一套面向 PDT 在体测评的多波长、高灵敏度单像素 SFD 成像系统，该系统将锁相并行检测、光子计数计数的超高灵敏度与单像素成像（SPI）理论结合，实现了微弱光检测条件下组织体表面调制漫反射图像的多波长并行获取，并能有效抑制环境光干扰。
图1-1基于锁相光子计数模式的多波长、高灵敏度单像素SFD成像系统原理图
图1-2基于锁相光子计数模式的多波长、高灵敏度单像素SFD成像系统实物图
为实现单像素成像的动态测量，快速获取组织体表面的调制漫反射图像，以便于实现 PDT 在体动态测评，本课题针对调制漫反射图像由多频谐波构成的空间特点发展了基于空间离散余弦变换单像素成像(DCT-SPI)方法，在采样率为5 %左右即可恢复出高保真度的调制漫反射图像，且具有较高的抗噪性，因此大幅度缩短了数据采集时间，有望实现PDT治疗过程的动态测评和实时监测。
图1-3 基于离散余弦变换的单像素成像原理图
承担课题
1. 面向光动力治疗在体测评的空间频率域成像方法研究，国家自然科学基金(61475116)，2015.01-2018.12。
2. 面向非黑色素瘤皮肤癌光动力治疗在体测评的空间频率域成像方法研究，天津市自然科学基金重点项目（15JCZDJC31800），2017.04-2020.03。
3. 面向非黑色素瘤皮肤癌光动力治疗在体测评的动态SFD-DOT/FMT方法，国家自然科学基金(81871393)，2019.01-2022.12。
发表的主要论文
1. Tongxin Li, Zhuangpin Qin, Xi Hou, Mai Dan, Jiao Li, Limin Zhang, Zhongxing Zhou, Feng Gao, Multi-wavelength spatial frequency domain diffuse optical tomography using single-pixel imaging based on lock-in photon counting, Optics Express, Vol. 27(16), 23138-23156, 2019
