4。2 图像重构与分析 24

结论 28

致谢 29

参考文献 30

第 II页 本科毕业设计说明书

1 绪论

1。1 研究背景

在现代社会高速发展的进程中，随着对生命科学的不断了解，人们在生物的形态学与遗 传生物学方面的研究越来越深入，对相应的研究手段也有了更高的要求。一般情况下，一张 足够清晰的图像包含着大量的细节信息，这对于工作在生物或医学领域的科学家来说是非常 珍贵的，这就使得成像技术在生物医学领域有极好的发展前景。目前，生物光学成像技术其 具有的高灵敏对比度，成像直观迅速等优点被广泛应用。生物光学成像具有相当长的应用历 史，其中光学层析成像则是出现在在上世纪九十年代的一种新型的生物光学成像技术，也是 近年来研究应用的热点。现代的三维光学显微镜所用到的技术（如共聚焦光学显微镜等）在 Z 轴方向的分辨率较高但存在成像深度较小的问题。OPT（Optical Projection Tomography） 是一种新兴的三维成像技术。它是一种新的基于光学投影层析技术原理的光学显微成像技 术，可改善成像深度并用于成像厚度达 15mm 的荧光或非荧光生物样本。论文网

这种技术起源于 CT（计算机断层扫描技术)。CT 技术的实现流程是使用 X 射线源扫描具 有一定厚度的样品，再用特定的探测器接受穿过样品衰减吸收的 X 射线。进一步将光电信号 转换为电信号，再经模数转换后变为数字信息进行处理。图像重建是根据对物体的探测所获 取的数据来重新构建图像，所以，CT 图像是重建图像[1~3]。1895 年，伦琴发现了 X 射线，当 X 射线穿过人体时由于发生的一系列反射、折射等现象，由探测器接受透射的 X 射线中包含 许多物体内部信息。1967 年，英国电子工程师亨斯菲尔德(Hounsfield)制作了一台简易装置用 于对人的头部进行实验性扫描测量这就是后来的 CT。1972 年正式宣告了 CT 的诞生。但由于 CT 技术主要应用于物体内部组织对 X 射线吸收特性相差较大的宏观物体的三维内部重构， 而对于透明的微生物样品来说，其内部组织结构对 X 射线的衰减能力几乎一致，且样品深度

（毫米级）甚至小于 CT 成像的分辨率（毫米级），CT 技术就显得无能为力了。这时候，人们 就开始考虑，能否利用样品透明的特点，将 CT 成像中的 X 光源换成可见光源。于是，光学 投影层析技术（Optical Projection Tomography, OPT）应运而生，2002 年，Sharpe 等人发表在 science 上的一篇文章首次提出了 OPT 技术。OPT 技术将 CT 技术和光学显微技术结合起来， 是一种能对荧光（自发荧光）和非荧光组织（投影）进行三维成像的新技术[4]。早期对较厚生 物体成像都需要将其先进行透明化处理才能在显微镜下进行观察。常规的显微镜技术包括微

分干涉对比显微镜（DIC），共聚焦显微镜，单层照明显微镜(SPIM)等，这些技术适合用于数 百微米的小样本，其中特别是共聚焦显微镜可以给出荧光标记样本演变的实时 3D 图像。然 而对于更大一些的样本，如宏观的胚胎和超过几个毫米的成虫，普通显微镜就不那么方便了

[5~8]。现在层析方法如介观荧光断层扫描和选择性平面光声断层更多的被应用于这些相对较大

的生物体，且成像结果更加令人满意。

1。2 国内外研究现状