用于全心成像的荧光光学投影断层成像中的邦恩归一化

摘要

我们提出一种用于光学投影断层成像的玻恩归一化方法（BnOPT），该方法考虑了成像样本的吸收特性，以获得准确且定量的荧光断层重建结果。我们使用所提出的算法重建小动物器官内荧光分子探针的分布。

摘要

光学投影断层成像是近年来引入的一种三维成像技术，主要用作发育生物学和基因表达研究中的成像工具。该技术首先将生物样本经梯度乙醇溶液脱水，然后置于苯甲醇与苯甲酸苄酯按2:1比例配制的混合液（BABB或Murray's Clear溶液）中透明处理，从而使样本在光学上变得透明。经过透明处理后，样本中的散射贡献可大幅降低并几乎可忽略不计，而吸收贡献则无法完全消除。在尝试重建待测样本内部荧光分布时，这种吸收效应会影响重建结果，不可避免地导致图像伪影和定量误差。尽管通过在透明介质中持续数周甚至数月可进一步降低吸收，但这将导致荧光信号逐渐丢失，并使样本处理时间变得不切实际地延长。此问题在重建外源性对比剂（分子对比剂）以及内源性对比信号（例如基因表达的荧光蛋白的重建）时均存在。

方案

成像步骤

实验装置的详细情况如图1所示。光源LS既用作吸收测量的照明光源，也用作荧光测量的激发光源，并通过窄带通干涉滤光片BPF进行滤光。一组固定的和可变的中性密度滤光片ND，结合自动快门S的使用，可控制照射到样品上的光量，并使其保持足够低的水平，以防止任何光漂白现象的发生。通过使用由两个透镜组成的伽利略望远镜结构的扩束器BE以及一个漫射器，实现样品的均匀照明。样品S浸没在透明溶液中，并固定在样品 holder 上，通过高速旋转台（Newport, PR50）绕其垂直轴旋转，旋转台的绝对精度为0.05度。三个独立的手动控制器可用于调节样品垂直轴在其正交平面内的倾斜角度并进行调整。透射照明信号由CCD相机直接检测；荧光信号则先经过窄带通干涉滤光片与长通滤光片（Omega Optical, Brattleboro, VT）组合过滤，然后通过远心镜头TL收集。远心镜头具有独特的优势，使其成为光学投影断层成像的理想选择。实际上，由于镜头组件内部在焦平面位置设有孔径光阑，确保形成光阑像的光线与光轴平行传播，从而几乎完全消除了透视畸变，并在远心深度范围内的多个成像平面提供一致的放大倍率。

样品制备

为固定组织/器官，需遵循以下步骤

1. 样品在4°C条件下用PFA固定8小时。
2. 然后用PBS洗涤样品15分钟。
3. 将样品包埋于0....