研究方向三： 空间频率域扩散光层析成像及荧光分子层析成像算法

SFD 成像属于扩散光层析成像(Diffuse Optical Tomography, DOT)范畴，依据激发光或光敏剂荧光测量，可分为扩散光层析(SFD-DOT)或荧光层析(SFD-FMT)。根据空间调制光的基本谐波特性和组织体的近似线性系统特性，本课题发展了基于谐波相量的扩散方程（p-DE）作为空间频率域光传播模型，作为SFD-DOT/FMT非线性反演方法的基础。

（1）面向光剂量的SFD-DOT方法

为了消除皮肤层状结构及光学非均性的影响并考虑测量面光流空间的关联性，我们将发展基于SFD-DOT图像重构的方法获取：①用于PDT光计量计算的皮肤组织本征光学参数(635nm)；②用于SFD-FMT激发/荧光光传播建模的组织本征光学参数(405nm/630nm)；③用于血氧动力学信息计算的组织本征光学参数(520nm/635nm)。所发展的SFD-DOT理论将基于上述p-DE模型，可充分考虑空间调制光在组织内的传播特性，从而能够以较高的定量性和分辨率重建组织光学参数的三维分布，特别适于NMSC-PDT对探测面积和深度(5-10mm)要求。

   (a)                                                                                    （b）           

图3-1双目标仿体实验（a）仿体实物图；（b）SFD-DOT 重建出的吸收系数在z = 4 mm 处的 x-y 截面图(左)和 y = 20 mm 处的 x-z截面(右)。

（2）面向光敏剂剂量的SFD-FMT方法

利用光敏剂的荧光效应，可通过荧光测量获取光敏剂剂量。但由于组织吸收和散射的影响，测量到的荧光强度和荧光剂的浓度并不成正比，因此无法直接从表面荧光强度中算出以内部荧光剂浓度。为了定量地获得荧光剂在组织内浓度分布，我们将在获取光敏剂激发波长(405nm)和荧光波长(630nm)组织体本征光学参数上，基于耦合p-DE模型来发展SFD-FMT方法。

图 3-2 离体鸡肉组织埋管 SFD-FMT 实验：(a) 离体鸡肉组织实物图；(b) 荧光产率层析图像。

根据SFD-DOT/FMT获得的光通量分布和光敏剂浓度分布，通过ALD-PDT模型可预测被测组织体内的单态氧浓度分布。利用这些信息，可发展PDT光剂精准投放模型，优化治疗方案。

图3-3 PDT光剂量精准投放模型

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, Zhuanping Qin, Weiting Chen, Huijuan Zhao, Panpan Yan, Kuanxin Zhao, and Feng Gao, Wide-field fluorescence tomography with composited epi-illumination of multi-frequency sinusoidal patterns, Applied Optics, Vol. 56(29), 8283–8290, 2017.