本文關(guān)鍵詞：內(nèi)窺式契倫科夫熒光成像系統(tǒng)及其信號增強方法　出處：《西安電子科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：由于擁有大量臨床可用的放射性核素探針,契倫科夫熒光成像(Cerenkov Luminescence Imaging, CLI)技術(shù)自提出之日起便受到了研究者們的廣泛關(guān)注。然而,契倫科夫熒光是放射性核素在核衰變時的二次產(chǎn)物,其強度非常弱,而且大部分能量分布在短波段,當(dāng)核素靶標(biāo)位于較深的生物組織中時(如消化道腫瘤),傳統(tǒng)CLI技術(shù)難以從生物體表探測到契倫科夫熒光,限制了CLI技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。本文圍繞CLI技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化面臨的深層靶標(biāo)成像問題,借助于臨床上廣泛使用的內(nèi)窺技術(shù),首先研制了一套內(nèi)窺式契倫科夫熒光成像(Endoscopic Cerenkov Luminescence Imaging, ECLI)系統(tǒng)。其次,針對ECLI系統(tǒng)采集契倫科夫熒光信號時衰減率高、探測靈敏度低這一問題,提出了一種基于放射熒光材料的契倫科夫熒光信號增強方法。最后,將提出的契倫科夫熒光信號增強方法用于提升ECLI系統(tǒng)的探測靈敏度。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：1)針對CLI技術(shù)難以探測生物體深層核素探針,尤其是消化道腫瘤,所發(fā)出的契倫科夫熒光這一問題,研制了一套基于臨床用消化道纖維內(nèi)窺鏡的ECLI系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一根消化道纖維內(nèi)窺鏡、一個電子倍增電荷耦合器件(Electronic Multiply Charge Coupled Device, EMCCD)相機以及一個避光性良好的光學(xué)耦合器用來連接EMCCD相機和纖維內(nèi)窺鏡。通過一系列的離體實驗以及基于裸鼠假瘤的在體實驗,對ECLI系統(tǒng)進行了較為全面的性能測試。首先,利用1951 USAF分辨率測試圖(1951United States Air Force resolution test chart)和一塊自制的、注滿68Ga溶液的分辨率測試板,我們測試了ECLI系統(tǒng)的白光分辨率和契倫科夫熒光分辨率,結(jié)果顯示系統(tǒng)的白光分辨率為198μm,契倫科夫熒光分辨率優(yōu)于1mm,證明了ECLI系統(tǒng)可以獲得與PET系統(tǒng)相當(dāng)?shù)目臻g分辨率；其次,通過探測不同濃度68Ga發(fā)出的契倫科夫熒光,測試了系統(tǒng)的離體靈敏度和在體靈敏度,結(jié)果顯示系統(tǒng)的離體靈敏度為0.186KBq/μL為(5.033×10-3 μCi/μL),在體靈敏度為1.218 KBq/μL (32.922 ×10-3 μCi/μL);然后,測試了ECLI系統(tǒng)相較CLI設(shè)備在采集契倫科夫熒光信號時的信號衰減,發(fā)現(xiàn)使用ECLI時的信號衰減率約為96%。最后,通過基于裸鼠假瘤模型的在體實驗證明了ECLI系統(tǒng)在促進CLI技術(shù)臨床／預(yù)臨床轉(zhuǎn)化方面具有非常大的潛力。2)受放射熒光成像(Radioluminescence Imaging,RLI)技術(shù)的啟發(fā),針對契倫科夫熒光信號弱、穿透性差的缺點,提出了一種契倫科夫熒光信號增強方法。在該方法中,使用放射性核素衰變時產(chǎn)生的高能射線激發(fā)放射熒光材料發(fā)射放射熒光,最終采集到的熒光信號中不僅包含原始的契倫科夫熒光,還包含放射熒光,從而達到增強契倫科夫熒光信號的目的。在本文研究中,我們采用Gd2O2S:Tb放射熒光材料,并通過一系列的離體實驗和基于裸鼠假瘤的在體實驗,對所提出的這種增強方法的效果進行了評估,得到了三點結(jié)論：首先,Gd2O2S:Tb顆粒能被核素衰變時產(chǎn)生的高能射線激發(fā)發(fā)射熒光信號；其次,使用Gd2O2S:Tb顆粒能夠有效增強契倫科夫熒光信號強度與穿透深度；最后,基于裸鼠假瘤模型的在體實驗進一步證明了所提出的契倫科夫熒光信號增強方法在提升CLI/ECLI在體探測靈敏度方面的巨大潛力。3)針對本文所研發(fā)的ECU系統(tǒng)采集契倫科夫熒光信號時衰減率高所導(dǎo)致的探測靈敏度低這一問題,結(jié)合本文提出的基于放射熒光材料的契倫科夫熒光信號增強方法,探討該熒光信號增強方法是否能夠提高ECLI系統(tǒng)的探測靈敏度。在進行具體實驗論證時,為了和契倫科夫熒光信號增強前的ECU系統(tǒng)靈敏度進行比較,實驗時所使用的放射熒光材料、放射性核素以及成像時的EMCCD相機參數(shù)均和原始ECLI系統(tǒng)靈敏度測試時的參數(shù)保持一致。結(jié)果表明,使用Gd2O2S:Tb顆粒進行契倫科夫熒光信號增強后,ECLI系統(tǒng)的離體探測靈敏度提升了53.4倍,在體靈敏度提升了50.1倍。需要注意的是,結(jié)合熒光信號增強方法后,ECLI系統(tǒng)的在體靈敏度達到2.43×10-2KBq/μL(6.56×10-4 μCi/μL)低于消化道腫瘤的平均核素匯聚活度,能夠滿足臨床診斷、檢測的需求。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R817;TP391.41

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本文編號：1331382