專利名稱：：用于漫射性介質(zhì)虛擬折射率匹配的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般地涉及體內(nèi)成像系統(tǒng)和方法。具體地，在某些實施方式中，本發(fā)明涉及采用虛擬折射率匹配(virtualindexmatching)技術(shù)的斷層攝影學(xué)(tomographic)成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：斷層攝影是基于利用數(shù)據(jù)集來獲得圖像或推斷被研究介質(zhì)的光學(xué)特性。已經(jīng)開發(fā)了許多不同的數(shù)值方法和分析方法來對光子傳播進(jìn)行建模，這些方法有效地提供了對所收集的數(shù)據(jù)集的斷層攝影學(xué)求逆(inversion)所需的解決方案。這已經(jīng)發(fā)展到了活躍領(lǐng)域(例如參見Ntziachristos,Ripoll等,(2005)“Lookingandlisteningtolighttheevolutionofwhole-bodyphotonicimaging”，Nat.Biotechnol.23(3):313-320和Arridge,Dehghani等，(2000)“Thefiniteelementmodelforthepropagationoflightinscatteringmediaadirectmethodfordomainswithnonscatteringregions”，Med.Phys.27(I):252-264的綜述)。對于具有任意幾何形狀的受試者(subject)進(jìn)行成像的最一般情形，數(shù)值技術(shù)是最合適的。在所有這些數(shù)值方法中，目的是從較少數(shù)目的表面測量結(jié)果(在IO2-IO3量級)確定異質(zhì)的(heterogeneous)或同質(zhì)的(homogeneous)介質(zhì)內(nèi)部的冷光(luminescent)源或突光源的分布。隨著檢測器技術(shù)和計算平臺的發(fā)展，更大數(shù)目的測量結(jié)果已經(jīng)成為可行，這已經(jīng)帶來了能夠?qū)@種大的數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理的新的數(shù)值方法。已經(jīng)開發(fā)了這些技術(shù)來減少對于這些大的方程組進(jìn)行求解所需的存儲器和計算時間(例如參見Ripoll,Ntziachristos等，(2001)“TheKirchhoffApproximationfordiffusivewaves”，Phys.Rev.E.64:051917:1-8;Ripoll,Nieto-Vesperinas等，(2002)“Fastanalyticalapproximationforarbitrarygeometriesindiffuseopticaltomography，，，Opt.Let.27(7):527-529；Markel和Schotland(2004)“Symmetries,inversionformulas,andimagereconstructionforopticaltomography，，，Phys.Rev.EStatNonlinSoftMatterPhys.70(5Pt2)056616)。但是目前，在對任意幾何形狀進(jìn)行處理時已經(jīng)達(dá)到了需要進(jìn)行折中的處境要么通過顯著減少數(shù)據(jù)集的大小來使用精確的方法(例如參見Hielescher,Alcouffe等，(1998)“Comparisonoffinite-differencetransportanddiffusioncalculationsforphotonmigrationinhomogenousandheterogeneoustissues”，Phys.Med.Biol.43:1285-1302和Arridge,Dehghani等，(2000)“Thefiniteelementmodelforthepropagationoflightinscatteringmediaadirectmethodfordomainswithnonscatteringregions”，Med.Phys.27(I):252-264),要么采用近似方法來以結(jié)果的精度為代價而加速計算(例如參見Ripoll，Ntziachristos等，(2001)“TheKirchhoffApproximationfordiffusivewaves，，，Phys.Rev.E.64:051917:1-8)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及用于通過下述方式對漫射受試體進(jìn)行斷層攝影學(xué)成像的系統(tǒng)和方法把在受試者外部的自由空間中獲得的電磁輻射(例如熒光)的測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成如果受試者由無限且均勻的漫射性介質(zhì)(例如具有與受試者的平均光學(xué)特性相等的光學(xué)特性的介質(zhì))包圍的情況下將會測得的數(shù)據(jù)。在應(yīng)用了把測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成虛擬匹配的值的變換之后，對從折射率匹配的表面到一組虛擬檢測器的光傳播仿真，這組虛擬檢測器在受試者外部并被布置成在幾何形狀上有利的方式(例如布置成平面陣列)，從而便于使用快速重構(gòu)技術(shù)。在具體實施方式中，本發(fā)明的特色在于漫射性介質(zhì)(例如哺乳動物受試者)中對信號、指示器(reporter)和/或試劑(例如對比試劑或探針)的體內(nèi)熒光分子斷層攝影學(xué)(FMT)重構(gòu)方法。該方法保留了FMT途徑的三維熒光分布和定量特性，同時大大加速了其計算速度并簡化了基本方程。在優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法把熒光測量結(jié)果變換成在周圍的非漫射性介質(zhì)由漫射性介質(zhì)(該介質(zhì)具有與對象相同的光學(xué)特性)填充的情況下將會獲得的那些結(jié)果。然后，這種情形被對應(yīng)到初始漫射性體積是無限且均勻的情形。該技術(shù)具有兩個重要結(jié)果。首先，它允許使用無限齊次函數(shù)(例如格林函數(shù))來給逆問題生成解析的正向解，從而避免使用對任意幾何形狀進(jìn)行求解的復(fù)雜數(shù)值方法。這樣做的直接影響是大大加速了針對斷層攝影學(xué)圖像的計算。第二，該技術(shù)允許把數(shù)據(jù)傳播到位于該體積外部任意位置的虛擬檢測器，從而便于使檢測器面積符合任何一般形狀(尤其是檢測器的平面陣列)。這使得能夠使用精確求逆方法，例如下述文獻(xiàn)中提出的那些Markel和Schotland(2001)“Inversescatteringforthediffusionequationwithgeneralboundaryconditions”，Phys.Rev.E.64(3Pt2):035601以及Markel和Schotland(2004)“Symmetries,Inversionformulas,andimagereconstructionforopticaltomography”，Phys.Rev.EStatNonlinSoftMatterPhys.70(5Pt2):056616,并能夠應(yīng)用快速重構(gòu)方法，例如混合(Hybrid)途徑(例如參見RipollLorenzo等人的美國專利申請No.12/870，454,“SystemsandMethodsforTomographicImaginginDiffuseMediausingaHybridInversionTechnique，，)。此外，一旦在漫射性體積外部，數(shù)據(jù)可以被反向傳播到漫射性體積內(nèi)部，這是在存在任意界面的情況下不可能進(jìn)行的變換。該技術(shù)例如可以用來通過對表面測量結(jié)果進(jìn)行虛擬折射率匹配并使用歸一化玻恩近似來找出任意幾何形狀中熒光特征圖的空間分布和濃度(例如參見名稱均為“Fluorescence-MediatedMolecularTomography”的美國專利No.6，615，063和7，383，076,以及名稱為“ImagingSystemsFeaturingWaveguidingCompensation”的國際專利申請No.PCT/US2008/65648)。本發(fā)明的實施方式可以與對漫射問題的各種解相結(jié)合,包括運輸方程(transportequation)的數(shù)值解和/或解析解，或者其派生形式和近似形式，例如玻爾茲曼方程或漫射方程。因此，本發(fā)明的某些實施方式也可以用于求解與對比試劑和分子探針相結(jié)合的吸收、散射或熒光對比。本申請中描述的折射率匹配技術(shù)可應(yīng)用于漫射體制占主導(dǎo)地位的情形。因此，這些技術(shù)不僅能應(yīng)用于光漫射，而且能應(yīng)用于電子和中子漫射以及任何其他漫射性過程，例如所有波長在高度散射性介質(zhì)中的電磁傳播，例如微波從隨機散射體的散射，或者聲音在高度散射介質(zhì)中的漫射。用于在漫射介質(zhì)中的邊界去除的早期技術(shù)在以下文獻(xiàn)中有描述=Ripoll等(2006)“Fromfinitetoinfinitevolumesremovalofboundariesindiffusewaveimaging”,Phys.Rev.Lett.96:173903;國際(PCT)專利申請公開No.W02007/072085，名稱為“RemovalofBoundariesinDiffuseMedia”，以及希臘專利No.1005346(申請?zhí)朜o.20050100621)，這些文獻(xiàn)中的每一者通過引用方式結(jié)合于此。該技術(shù)不適于與熒光分子斷層攝影學(xué)(FMT)或要求進(jìn)行定量的任何其他技術(shù)一起使用。在要求進(jìn)行定量的情況下，例如FMT途徑,就必須在激發(fā)源(稱為初級源(primarysource))的場合下考慮突光,在此情形下，突光稱為取決于初級源的次級源(secondarysource)。這意味著早期技術(shù)中所用的除去邊界的方程不足以定量地找出熒光團(tuán)(fluorophore)的濃度，并可能一般地受到由組織的異質(zhì)性造成的不利影響。為了克服這些顯著缺點，本發(fā)明的虛擬匹配技術(shù)包含了變換并利用激發(fā)源測量結(jié)果來對熒光測量結(jié)果進(jìn)行歸一化。這使得能夠在異質(zhì)介質(zhì)中進(jìn)行定量熒光成像。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式利用了下述變換該變換把從由自由空間(例如空氣)包圍的漫射性對象獲得的熒光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成在由光學(xué)匹配的漫射性介質(zhì)包圍同一對象的情況下將會獲得的那些結(jié)果。這是通過把表面積分方程應(yīng)用到由自由空間包圍的任意形狀介質(zhì)并添加在對象被嵌入在由相同光學(xué)特性的漫射性介質(zhì)中的情形下將存在的項來實現(xiàn)的。這種“虛擬折射率匹配”技術(shù)考慮了受試者內(nèi)的介質(zhì)與受試者外部的介質(zhì)(例如空氣)之間的折射率不匹配。一旦數(shù)據(jù)受到了虛擬折射率匹配，它就可以在虛擬匹配的介質(zhì)中傳播到一組處于任意位置并符合任意幾何形狀(包括但不限于平面陣列)的虛擬檢測器。例如，在優(yōu)選實施方式中，檢測器數(shù)據(jù)被變換到其虛擬匹配的等價物。這使得能夠?qū)o限齊次函數(shù)用于權(quán)重矩陣。這還使得能夠進(jìn)行整體成像并對更大的解剖體成像，因為對任意形狀進(jìn)行重構(gòu)的復(fù)雜性現(xiàn)在大大降低了。本發(fā)明提供了把數(shù)據(jù)集變換到其虛擬匹配的等價物的系統(tǒng)和方法，用于對信號的三維定量分布進(jìn)行重構(gòu)。與通過傳統(tǒng)的斷層攝影學(xué)重構(gòu)技術(shù)所能實現(xiàn)的結(jié)果相比，這些方法產(chǎn)生了對于對象/受試者中的信號的局域化和分布進(jìn)行更快但仍然精確的描繪，包括這些對象/受試者中的信號、指示器和/或試劑(即對比試劑或探針)的定量和分布。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式，可以通過如本申請中描述的那樣使虛擬匹配的檢測器符合平面陣列，來應(yīng)用快速的斷層攝影學(xué)重構(gòu)方法和算法。這些方法和算法已被完全地參數(shù)化，以適應(yīng)針對各種目標(biāo)對象/受試者和區(qū)域以及各種不同的試劑或探針而優(yōu)化的不同的成像設(shè)定。具體地，本發(fā)明的一個目的是提供這樣的算法以及校準(zhǔn)和圖像校正分析方法，用于生物學(xué)研究以及臨床前和/或臨床設(shè)置。具體地，本發(fā)明提供了經(jīng)校正和校準(zhǔn)的成像算法，該算法能夠可選地與一種或多種成像試劑或探針一起用于體內(nèi)的分子成像。在一個方面中，本發(fā)明提供了一種熒光分子斷層攝影成像系統(tǒng)，包括激發(fā)光源；光學(xué)成像裝置，其被配置成把光從所述激發(fā)光源引導(dǎo)到受試者中多個位置處；檢測器，其被配置成在多個位置處對從所述受試者內(nèi)的區(qū)域發(fā)出的光進(jìn)行檢測；處理器，其被配置成對與檢測到的從所述受試者的所述區(qū)域發(fā)出的光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以產(chǎn)生所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式，其中，所述處理器被配置成執(zhí)行指令，從而(a)使用與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立從所述區(qū)域向所述檢測器的激發(fā)光傳播的正向模型，其中，一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以考慮所述受試者的表面處的折射率間斷，所述正向模型利用一個或多個無限齊次函數(shù)而被建立成元素的權(quán)重矩陣，使得如同所述受試者的表面處不存在折射率間斷那樣來對光傳播進(jìn)行建模；(b)對所述權(quán)重矩陣求逆，以獲得所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。在某些實施方式中，在所述正向模型中，所述激發(fā)光源是在實際空間中表示的，所檢測的熒光是在頻率空間中表示的(從而例如便于混合重構(gòu))，并且，所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式是實際空間中的表現(xiàn)形式。此外，在所述正向模型中，可以建立虛擬檢測器，這些虛擬檢測器符合與實際檢測器的布局不同的外加(imposed)幾何形狀(并且所述正向模型對從所述受試者的所述區(qū)域進(jìn)行的光傳播進(jìn)行仿真)。例如，所述外加幾何形狀可以是平面陣列。在某些實施方式中，所述檢測器還被配置成在多個位置處對從所述受試者發(fā)出的激發(fā)光進(jìn)行檢測，并且其中，所述處理器被配置成執(zhí)行指令以使用與所檢測的激發(fā)光和所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立所述正向模型。此外，在某些實施方式中，在所述正向模型中，一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的激發(fā)光對應(yīng)的數(shù)據(jù)。另外，在某些實施方式中，在所述正向模型中，所述激發(fā)光源是在實際空間中表示的，所檢測的激發(fā)光是在頻率空間中表示的，所檢測的熒光是在頻率空間中表示的，所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式是在實際空間中的表現(xiàn)形式。在某些實施方式中，所述正向模型中使用表面通量分布(surfacefluxdistribution)的實驗測量結(jié)果。在某些實施方式中，所檢測的熒光是從所述受試者的所述區(qū)域內(nèi)的探針發(fā)射的，(a)中的所述正向模型對從所述激發(fā)光源向所述探針的激發(fā)光傳播以及從所述探針向所述檢測器發(fā)射的熒光傳播進(jìn)行建模。另外，在所述正向模型中，使用玻恩近似(Bornapproximation)來表示所檢測的從所述探針發(fā)射的突光的強度,所述探針在所述區(qū)域內(nèi)具有空間變化的濃度。在其他實施方式中，所檢測的熒光的強度利用在空間上對應(yīng)的所檢測的激發(fā)光的強度來歸一化。在優(yōu)選實施方式中，這便于通過所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式來顯示所述受試者內(nèi)的熒光團(tuán)的定量濃度。所檢測的激發(fā)光優(yōu)選為在經(jīng)過所述受試者的至少一部分之后被檢測，所述受試者優(yōu)選由所述激發(fā)光透射。另外，所述正向模型優(yōu)選地被建立成歸一化元素的權(quán)重矩陣。此外，(a)中的所述正向模型表示相對應(yīng)的虛擬匹配的表達(dá)式中所檢測的熒光以及所檢測的激發(fā)光。在某些實施方式中，所述激發(fā)光源或所述光學(xué)成像裝置包括掃描儀，所述掃描儀被配置成把光引導(dǎo)到所述受試者中多個位置處，從而限定多個源位置。在某些實施方式中，所述多個源位置以非均勻的方式間隔開。在某些實施方式中，所述檢測器包括檢測器位置的陣列，所述正向模型是用從所述檢測器位置的陣列獲得的數(shù)據(jù)來建立的。在某些實施方式中，檢測器位置顯著多于源位置。在某些實施方式中，所述光學(xué)成像裝置包括腔(chamber)。在其他實施方式中，所述腔是動物腔(animalchamber)。在某些實施方式中，所述受試者是人類。在某些實施方式中，所述激發(fā)光是近紅外光。另外，所述激發(fā)光具有從約500納米到約1000納米范圍內(nèi)的波長。在其他實施方式中，所述激發(fā)光具有從約635內(nèi)米到約850內(nèi)米范圍內(nèi)的波長。在某些實施方式中，所述激發(fā)光是連續(xù)波(CW)的光。所述激發(fā)光包括從由下列項組成的組中選擇的至少一個成員連續(xù)波的光、時間分辨(time-resolved)的光、受到強度調(diào)制的光。在某些實施方式中，所述正向模型對從所述激發(fā)光源向所述受試者的所述區(qū)域的激發(fā)光傳播以及從所述區(qū)域向所述檢測器的熒光傳播進(jìn)行建模，其中，所述受試者的表面與所述檢測器之間存在自由空間。在另一個方面中，本發(fā)明提供了使用對于測得數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬匹配變換來進(jìn)行成像的方法，以對受試者的區(qū)域內(nèi)的熒光探針的分布進(jìn)行成像，該方法包括以下步驟(a)向所述受試者施予探針，該探針包括可見的或近紅外的熒光團(tuán)；(b)把可見的或近紅外的激發(fā)光引導(dǎo)到所述受試者中多個位置處，以在包含所述熒光探針的所述受試者的所述區(qū)域的至少一部分處透射或反射；(c)檢測從所述受試者的所述區(qū)域透射或反射的激發(fā)光；(d)檢測從所述受試者內(nèi)的所述探針發(fā)射的熒光；(e)處理與所檢測的熒光和所檢測的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，以提供所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式，其中，所述處理步驟包括(i)使用與所檢測的熒光和所檢測的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立激發(fā)光傳播(從激發(fā)光源向所述受試者內(nèi)的所述探針)的、以及發(fā)射光傳播(從所述探針向檢測器)的正向模型，其中一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)和與所檢測的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以考慮所述受試者的表面處的折射率間斷(例如不匹配)；所檢測的熒光的強度利用在空間上對應(yīng)的所檢測的激發(fā)光的強度來歸一化；所述正向模型使用一個或多個無限齊次函數(shù)而被建立成歸一化元素的權(quán)重矩陣，使得如同所述受試者的表面處不存在折射率間斷那樣來對光傳播進(jìn)行建模；(ii)對所述權(quán)重矩陣求逆，以獲得所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。在某些實施方式中，在所述正向模型中，所述激發(fā)光源是在實際空間中表示的，所檢測的熒光是在頻率空間中表示的(從而例如便于混合重構(gòu))，并且其中，所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式是實際空間中的表現(xiàn)形式。此外，在所述正向模型中，有利地可以建立虛擬檢測器，這些虛擬檢測器符合與實際檢測器的布局不同的外加幾何形狀(所述正向模型對從所述受試者的所述區(qū)域向所述虛擬檢測器的光傳播進(jìn)行仿真)。例如，所述外加幾何形狀可以是平面陣列。在某些實施方式中，本發(fā)明是一種方法，對于所述受試者的所述表面獲得表面通量分布的實驗測量結(jié)果，其中，所述正向模型中使用表面通量分布的所述實驗測量結(jié)果。此外，在所述正向模型中，使用玻恩近似來表示所檢測的從所述探針發(fā)射的熒光的強度，所述探針在所述區(qū)域內(nèi)具有空間變化的濃度。在某些實施方式中，步驟(e)中的所述正向模型表示相對應(yīng)的虛擬匹配的表達(dá)式中所檢測的熒光和所檢測的激發(fā)光。在另一個方面中，本發(fā)明提供了使用虛擬匹配變換技術(shù)進(jìn)行成像的方法，以對受試者的區(qū)域內(nèi)的熒光(包括但不限于內(nèi)源性(endogenous)熒光、生物發(fā)光、或熒光蛋白質(zhì))的分布進(jìn)行成像，該方法包括以下步驟(a)把激發(fā)光引導(dǎo)到所述受試者中多個位置處，以在包含所述熒光的所述受試者的所述區(qū)域的至少一部分處透射或反射；(b)可選地，檢測從所述受試者的所述區(qū)域透射或反射的激發(fā)光；(C)檢測從所述受試者內(nèi)發(fā)射的熒光；(d)處理與所檢測的熒光(可選地，還有所檢測的激發(fā)光)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，以提供所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式，其中，所述處理步驟包括(i)使用與可選地檢測的激發(fā)光和所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立激發(fā)光傳播(從激發(fā)光源向所述受試者內(nèi)的光源)的、以及發(fā)射光傳播(從所述受試者的光源向檢測器)的正向模型，其中，一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)和與所檢測的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以考慮所述受試者的表面處的折射率間斷(例如不匹配)；可選地，所檢測的熒光的強度利用在空間上對應(yīng)的所檢測的激發(fā)光的強度來歸一化；所述正向模型使用一個或多個無限齊次函數(shù)而被建立成歸一化元素的權(quán)重矩陣，使得如同所述受試者的表面處不存在折射率間斷那樣來對光傳播進(jìn)行建模；(ii)對所述權(quán)重矩陣求逆，以獲得所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。在某些實施方式中，該方法獲得一個或多個斷層攝影學(xué)圖像，這些圖像包括異質(zhì)漫射對象中試劑或探針的濃度圖。在某些實施方式中，該濃度圖的濃度是使用異質(zhì)漫射對象的模型(實體仿制品)的校準(zhǔn)測量結(jié)果來確定的。另外，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式可以表示所述受試者的區(qū)域內(nèi)的疾病區(qū)域。此外，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式可以表示所述受試者的所述區(qū)域內(nèi)下述項的區(qū)域炎癥、關(guān)節(jié)炎、癌癥、病毒轉(zhuǎn)移、斑塊、傳染病、心血管病、呼吸疾病、代謝病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、免疫性疾病、神經(jīng)退化疾病、皮膚病、眼科疾病、影響皮膚的疾病(cutaneousdisease)、前述兩項或更多項的組合。在某些實施方式中，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式表示所述受試者的所述區(qū)域內(nèi)的疾病部位(例如腫瘤)的邊界。在某些實施方式中，所述探針是內(nèi)源性探針。在其他實施方式中，所述探針可以是外源性的，并被施予所述受試者。在某些實施方式中，所述探針包括從由下列項組成的組中選擇的成員分子探針、熒光分子探針、基于光療的熒光探針、可活化的熒光探針、酶可活化的(enzyme-activatable)突光探針、基于放射性的(activitybased)探針、革巴向(targeted)熒光探針、近紅外熒光分子探針、熒光蛋白質(zhì)、熒光生物分子、非特異性(non-specific)熒光探針、量子點、受體革巴向的(receptor-targeted)近紅外突色物(fluorochrome)、抗體或類抗體祀向近紅外突色物、波長偏移信標(biāo)(wavelength-shiftingbeacon)、多色突光探針、鑭金屬-配體(lanthanidemetal-1igand)探針。另外，所述探針可以包括附加到運輸載體上的突色物，所述運輸載體包括下列一項或多項聚合物、樹枝形分子(dendrimer)、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)球(lipidsphere)、納米顆粒。在某些實施方式中，成像的方法包括向所述受試者施予多個探針,這些探針具有在光學(xué)上可區(qū)分的熒光發(fā)射波長，對從每個所述探針發(fā)射的熒光進(jìn)行檢測，對與所檢測的光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以提供一個或多個斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。另外，還可以使用所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式來確定所述探針對于對象內(nèi)的所述區(qū)域的作用。此外，該方法還可以包括在天然組織發(fā)色團(tuán)(naturaltissuechromophore)的激發(fā)和發(fā)射波長處進(jìn)行成像。在某些實施方式中，成像步驟(b)、(c)、(d)和(e)可以被重復(fù)，以獲得以時間為變量的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。另外，可以使用所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式，對所述區(qū)域內(nèi)所述探針的分布動力學(xué)(kineticsofdistribution)進(jìn)行監(jiān)視。可以使用所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式，對所述探針的活化動力學(xué)(kineticsofactivation)進(jìn)行監(jiān)視。在某些實施方式中，該方法可以包括在天然組織發(fā)色團(tuán)的激發(fā)波長和發(fā)射波長處進(jìn)行成像。在某些實施方式中，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式包括圖，該圖在三個維度中示出所述探針的量。所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式可以包括一個或多個圖像，所述方法還可以包括儲存所述一個或多個圖像、顯示所述一個或多個圖像、或者既儲存又顯示所述一個或多個圖像。另外，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式可以包括儲存所述一個或多個虛擬匹配的圖像、顯示所述一個或多個虛擬匹配的圖像、或者既儲存又顯示所述一個或多個虛擬匹配的圖像。另外，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式可以包括三維斷層攝影學(xué)圖像，所述方法還可以包括把所述三維斷層攝影學(xué)圖像與下列方式的成像數(shù)據(jù)和表現(xiàn)形式進(jìn)行組合的步驟照相、圖片、磁共振、X射線計算斷層攝影、超聲、單光子發(fā)射斷層攝影、或者正電子發(fā)射斷層攝影。在某些實施方式中，所述成像方法還包括下述步驟使用所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式來檢測或監(jiān)視細(xì)胞異?；蚣膊?。所述細(xì)胞異?；蚣膊】梢园◤挠上铝许椊M成的組中選擇的至少一個成員癌癥、腫瘤疾病、傳染病、代謝病、呼吸疾病、心血管疾病、AIDS、免疫性疾病(immunedisease)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、神經(jīng)退化疾病、炎癥、皮膚病、眼科疾病、影響皮膚的疾病、遺傳病、環(huán)境疾病、與骨骼有關(guān)的疾病、免疫疾病(immunologicdisease)、與外科手術(shù)有關(guān)的并發(fā)癥。在某些實施方式中，該成像方法的受試者是哺乳動物。在某些實施方式中，所述受試者是人類。在某些實施方式中，該成像方法的探針包括由所述受試者內(nèi)的基因編碼的內(nèi)源性熒光團(tuán)?？梢允褂盟鰯鄬訑z影學(xué)表現(xiàn)形式來確定對所述熒光團(tuán)進(jìn)行編碼的基因的表達(dá)。所述內(nèi)源性熒光團(tuán)可以是熒光蛋白質(zhì)或生物分子，包括但不限于綠色、紅色和紅外的熒光蛋白質(zhì)。在前述每一項中，受試者可以是哺乳動物，例如人類。在另一個方面中，本發(fā)明是一種用于對受試者的區(qū)域內(nèi)的探針的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式進(jìn)行重構(gòu)的裝置，該裝置包括存儲器，其儲存了限定一組指令的代碼；處理器，其執(zhí)行這些指令，從而(a)使用與所檢測的來自所述探針的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并使用與所檢測的、從所述受試者的區(qū)域透射或反射的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，建立激發(fā)光傳播(從激發(fā)光源向所述受試者的所述區(qū)域內(nèi)的探針)的、以及發(fā)射光傳播(從所述探針向檢測器)的正向模型，其中，一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以及與所檢測的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以考慮所述受試者的表面處的折射率間斷(例如不匹配)；所檢測的熒光的強度利用在空間上對應(yīng)的所檢測的激發(fā)光的強度來歸一化；所述正向模型使用一個或多個無限齊次函數(shù)而被建立成歸一化元素的權(quán)重矩陣，使得如同所述受試者的表面處不存在折射率間斷那樣來對光傳播進(jìn)行建模；(b)對所述權(quán)重矩陣求逆，以獲得所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。在某些實施方式中，所述處理器執(zhí)行所述指令以建立所述正向模型，其中，所述激發(fā)光源是在實際空間中表示的，所檢測的熒光和所檢測的激發(fā)光是在頻率空間中表示的，所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式是在實際空間中的表現(xiàn)形式。在另一個方面中，本發(fā)明還提供了一種漫射性光學(xué)斷層攝影成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個或多個照明源；光學(xué)成像裝置，其被配置成把光從所述至少一個照明源引導(dǎo)到受試者中多個位置處；檢測器，其被配置成在多個位置處對從所述受試者發(fā)出的光進(jìn)行檢測以獲得第一測量結(jié)果和第二測量結(jié)果，其中，所述第一測量結(jié)果是參考測量結(jié)果，所述第二測量結(jié)果對應(yīng)于照明光在經(jīng)過所述受試者內(nèi)的光吸收區(qū)域時所述照明光的至少一部分的吸收，并且其中，所述參考測量結(jié)果不反映所有所述吸收；處理器，其被配置成對與檢測到的從所述受試者發(fā)出的光的第一和第二測量結(jié)果相對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中，所述處理器被配置成執(zhí)行指令，從而(a)使用與所述第一測量結(jié)果和所述第二測量結(jié)果相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立從所述一個或多個照明源中的至少一個向所述受試者內(nèi)的光吸收區(qū)域的光傳播的、以及從所述區(qū)域向所述檢測器的光傳播的正向模型，其中，一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以考慮所述受試者的表面處的折射率間斷，所述正向模型使用一個或多個無限齊次函數(shù)而被建立成元素的權(quán)重矩陣，使得如同所述受試者的表面處不存在折射率間斷那樣來對光傳播進(jìn)行建模；(b)對所述權(quán)重矩陣求逆，以獲得所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。另外，該系統(tǒng)可以包括具有不同波長的至少兩個照明源。在某些實施方式中，所述至少兩個照明源是近紅外光源。在某些實施方式中，衍射光學(xué)斷層攝影成像系統(tǒng)可以包括具有不同波長的至少兩個照明源，這些波長包括含氧血紅蛋白(HbO)和脫氧血紅蛋白(Hb)的等吸收(isosbestic)點以下的波長以及所述等吸收點以上的波長。在某些實施方式中，該方法的步驟(b)包括使用所述對象的模型(實體仿制品)的校準(zhǔn)測量結(jié)果，來確定所述對象中探針的濃度(或濃度圖)。來自本發(fā)明的一個方面的實施方式中的要素可以用在本發(fā)明的其他方面(例如，從屬于一個獨立權(quán)利要求的權(quán)利要求中的要素可以用來進(jìn)一步限定其他獨立權(quán)利要求的實施方式)。根據(jù)下面的附圖具體實施方式和權(quán)利要求，可以了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。參考下述的附圖和權(quán)利要求，可以更好地了解本發(fā)明的目的和特征。在附圖中，相同的數(shù)字被用來表示不同圖中相同的部分。圖I圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，由自由空間包圍的漫射性體積V的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，用于獲得對象中的熒光或吸收探針、組織或其他目標(biāo)對象的定量3D分布的方法的步驟框圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，在受試者的表面處離開受試者的通量的示意圖。圖4的示意示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的逆情形，其中，受試者被嵌入否則將是無限且均勻的漫射性介質(zhì)中，該介質(zhì)具有與受試者相同的光學(xué)特性。圖5的示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，把測量結(jié)果虛擬匹配到具有與受試者相同的平均光學(xué)特性的介質(zhì)的效果。圖6的示意示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，在數(shù)據(jù)已被轉(zhuǎn)換成虛擬匹配的表達(dá)式后，能使它經(jīng)過虛擬匹配漫射性介質(zhì)從表面位置傳播到任意的虛擬檢測器。圖7圖示了小鼠的重構(gòu)3D圖像，把根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的虛擬折射率匹配途徑與傳統(tǒng)的重構(gòu)進(jìn)行了比較。圖8圖示了小鼠的重構(gòu)3D圖像，把根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的虛擬折射率匹配途徑與傳統(tǒng)的重構(gòu)進(jìn)行了比較。圖9圖示了校準(zhǔn)模型的重構(gòu)3D圖像，把根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的折射率匹配途徑與傳統(tǒng)的重構(gòu)進(jìn)行了比較。具體實施例方式本申請中描述的方法、系統(tǒng)和處理應(yīng)當(dāng)認(rèn)為涵蓋了利用來自本申請中描述的實施方式的信息而開發(fā)的變更和修改形式。在說明書全文中，在系統(tǒng)和組合物被描述為具有、包含或包括具體成分的情況下，或者在處理和方法被描述為具有、包含或包括具體步驟的情況下，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為也記載了本發(fā)明的系統(tǒng)和組合物主要由所列的成分組成或者由這些成分組成，也記載了本發(fā)明的處理和方法主要由所列的處理步驟組成或者由這些處理步驟組成。本申請中對于任何公開文獻(xiàn)的提及(例如在“
背景技術(shù)：
”部分中)并非承認(rèn)該公開文獻(xiàn)對于本申請中提出的任何權(quán)利要求而言起現(xiàn)有技術(shù)的作用?！?br>背景技術(shù)：
”部分是為了清楚起見而提出的，并不意味著是對于任何權(quán)利要求作為現(xiàn)有技術(shù)而描述的。本申請中的小標(biāo)題是為了幫助讀者，并不意味著限制對所描述的主題進(jìn)行解釋。本申請中所用的術(shù)語“圖像”應(yīng)當(dāng)理解為意味著虛擬顯示或者可以被解釋來進(jìn)行視覺顯示的任何數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式。例如，三維圖像可以包含給定量的值的數(shù)據(jù)集，該量在三個空間維度中變化。三維圖像(例如三維數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式)可以在二維中顯示(例如在二維屏幕上，或者在二維打印輸出件上)。術(shù)語“斷層攝影學(xué)圖像”例如可以指光學(xué)斷層攝影學(xué)圖像，X射線斷層攝影學(xué)圖像，由磁共振、正電子發(fā)射斷層攝影學(xué)(PET)、磁共振(MR)、單光子發(fā)射計算斷層攝影學(xué)(SPECT)和/或超聲、以及這些項的任意組合所生成的斷層攝影學(xué)圖像。術(shù)語“激發(fā)圖像”應(yīng)當(dāng)理解為指在從正被成像的對象發(fā)出的曝光光的、在對應(yīng)于曝光光源的波長下獲取的圖像。術(shù)語“熒光圖像”或“發(fā)射圖像”應(yīng)當(dāng)理解為指在與熒光試劑或探針(probe)的發(fā)射波長相對應(yīng)的波長下獲取的圖像。術(shù)語“殘余圖像”應(yīng)當(dāng)理解為指由從初始圖像(例如熒光圖像)減去校正項(例如圖像)的數(shù)學(xué)操作所得的圖像。本申請中所用的術(shù)語“圖(map)”應(yīng)當(dāng)理解為指虛擬顯示或者可以被解釋來進(jìn)行視覺顯示的任何數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，包含空間相關(guān)的信息。例如，給定體積的三維圖可以包含給定量的值的數(shù)據(jù)集，該量在整個這個體積中在三個空間維度上變化，三維圖可以二維顯示。本申請中所用的術(shù)語“電磁輻射”應(yīng)當(dāng)理解為指電分量和磁分量的在空間中自行傳播的波，這些分量彼此成直角并且相對于傳播方向呈直角而振蕩，并且彼此同相。電磁輻射包括無線電波、微波、紅外的和近紅外的光、可見光、紫外光、X射線和伽馬射線。本申請中所用的術(shù)語“圖像獲取設(shè)備”包括任何電磁輻射的檢測器，包括但不限于CCD相機、光電倍增管、光電二極管、雪崩光電二極管。本申請中所用的術(shù)語“虛擬匹配的”或“虛擬匹配”應(yīng)當(dāng)理解為指通過虛擬匹配變換而受到變換的測量結(jié)果。本申請中所用的術(shù)語“虛擬匹配方法”或“虛擬匹配途徑”指把在由自由空間圍繞的受試者的表面處取得的測量結(jié)果變換成下述測量結(jié)果的方法該測量結(jié)果是在如果該受試者由漫射性介質(zhì)(其光學(xué)特性與受試者的平均光學(xué)特性等效)圍繞的情況下將會存在的測量結(jié)果。本申請中所用的術(shù)語“虛擬匹配的介質(zhì)”指圍繞受試者的、具有與該受試者的平均光學(xué)特性相等的光學(xué)特性的介質(zhì)，其體積與圍繞該受試者的介質(zhì)相同。本申請中所用的術(shù)語“測量結(jié)果的傳播”指虛擬匹配的測量結(jié)果向受試者外部的空間中(即在虛擬匹配的介質(zhì)內(nèi))一般點的傳播。本申請中所用的術(shù)語“虛擬檢測器”指這些檢測器在受試者外部的空間中(即在虛擬匹配的介質(zhì)內(nèi))的位置，虛擬匹配的測量結(jié)果向這些檢測器傳播。本申請中所用的術(shù)語“正向模型”應(yīng)當(dāng)理解為指在給定介質(zhì)中從源向檢測器的光傳播的物理模型。本申請中描述了用于斷層攝影學(xué)重構(gòu)的技術(shù)，該技術(shù)對于檢測到的強度進(jìn)行變換，把它們轉(zhuǎn)換成關(guān)于本申請中所描述的斷層攝影學(xué)數(shù)據(jù)集的子集的、虛擬匹配的表達(dá)式，從而能夠使用無限齊次函數(shù)(即不考慮邊界是否存在的函數(shù))并使這些測量結(jié)果能夠傳播到虛擬匹配的介質(zhì)中的任意點，以在圖像顯示和/或分析之前執(zhí)行快速斷層攝影學(xué)重構(gòu)。為了舉例說明目的，對于對象的體內(nèi)熒光斷層攝影學(xué)重構(gòu)的方法提供了示例性的、非限制性的描述，例如漫射性介質(zhì)(例如哺乳動物受試者)中的指示器和/或試劑(例如對比試劑或探針)。這種技術(shù)可以用在本申請中描述的那些斷層攝影學(xué)系統(tǒng)的任一種中。簡稱為FMT(有時候也稱為熒光介導(dǎo)斷層攝影學(xué))的熒光分子斷層攝影學(xué)，或簡稱為DOT的漫射性光學(xué)斷層攝影學(xué)(在用來對吸收體的濃度進(jìn)行成像時)，提供了體內(nèi)成像的方法，包括下述步驟向受試者施予光學(xué)成像探針；把激發(fā)光導(dǎo)向受試者中多個位置處；可選地檢測從受試者發(fā)出的激發(fā)光；檢測從受試者內(nèi)一個或多個探針發(fā)射的光；處理與所檢測到的(從受試者內(nèi)的探針發(fā)射的)熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并可選地處理從受試者發(fā)出的激發(fā)光，以提供受試者內(nèi)的區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。處理與所檢測到的激發(fā)光和所檢測到的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)包括對激發(fā)波長下的光子傳播進(jìn)行仿真并對發(fā)射波長下的光子傳播進(jìn)行仿真，以獲得對探針的一個或多個定量測量結(jié)果(例如對象內(nèi)的某區(qū)域中的濃度或總積累)的預(yù)測，并且還可以包括如下的額外步驟應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)優(yōu)化估計和一致性掩蔽(coincidencemasking)技術(shù)以對波導(dǎo)效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測和補償(例如參見國際專利申請No.PCT/US2008/65648“ImagingSystemsFeaturingWaveguidingCompensation”)。這些步驟也可以以預(yù)定的間隔來重復(fù)，從而允許隨著時間對受試者進(jìn)行評價。受試者可以是脊椎動物，例如哺乳動物(包括人類)。受試者也可以是實驗室研究中所用的非脊椎動物(例如秀麗線蟲(C.eIegans)、果蠅或者其他模型研究有機體等)。在某些實施方式中，本發(fā)明可以用在FMT以及DOT成像系統(tǒng)中。DOT是這樣的技術(shù)它提供了對高度散射性介質(zhì)(例如組織)中存在的吸收度改變進(jìn)行定量的能力。假定光在體積內(nèi)漫射，源需要在對象上受到掃描而光在檢測器處受到檢測，在這個意義上，DOT的理論原理類似于FMT。為了在這種模態(tài)中對吸收度的微擾進(jìn)行成像，需要取得參考圖像，在參考圖像中，光尚未被吸收或者以較少的方式被吸收。在這個測量之后，與FMT中的激發(fā)測量相當(dāng)，獲取測量結(jié)果(該吸收度存在于該測量結(jié)果中)(相當(dāng)于FMT中的發(fā)射測量)。通過選擇合適的波長(例如近紅外)，該技術(shù)可以同時對含氧血紅蛋白OlbO)或脫氧血紅蛋白(ffi)的濃度進(jìn)行定量，并從而對氧飽和度和血液體積進(jìn)行定量。通常，用在含氧/脫氧血紅蛋白吸收光譜的等吸收點(800nm附近)兩側(cè)選擇的兩個或更多個近紅外源在各個位置處照明該組織。組織表面處的光強度分布因而包含了與表面下的吸收體有關(guān)的光譜信息和空間信息。在某些實施方式中，本發(fā)明可以用在FMT成像系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括激發(fā)光源；光學(xué)成像裝置，其被配置成把光從激發(fā)光源導(dǎo)向受試者中多個位置處；檢測器，其被配置成在多個位置處對從受試者發(fā)出的激發(fā)光和從受試者內(nèi)的區(qū)域發(fā)出的熒光進(jìn)行檢測；處理器，其被配置成處理與所檢測到的從受試者發(fā)出的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)和與所檢測到的從受試者的區(qū)域發(fā)出的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生受試者的該區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。該處理器被配置成執(zhí)行指令以使用與所檢測到的激發(fā)光和所檢測到的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立從激發(fā)光源向受試者的區(qū)域的激發(fā)光傳播、以及從該區(qū)域向檢測器的熒光傳播的正向模型。激發(fā)光源和所檢測到的熒光被變換成它們的虛擬匹配的表達(dá)式?？蛇x地，虛擬匹配的測量結(jié)果隨后可以被傳播到虛擬檢測器的陣列。最后，以歸一化元素的離散化權(quán)重矩陣的形式建立正向模型，這些元素不需要考慮表面的存在；該權(quán)重矩陣被求逆，以獲得實際空間中受試者的該區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。在正向模型中，識別受試者的表面并針對該表面建立邊界條件。然后把邊界測量結(jié)果變換成與虛擬匹配的無限均勻介質(zhì)中受試者的表面相對應(yīng)的、虛擬匹配的表達(dá)式，從而簡化正向模型。與由自由空間包圍的受試者的表面相對應(yīng)的數(shù)據(jù)包括表面通量分布的實驗測量結(jié)果。然后，正向模型對從激發(fā)光源向受試者的區(qū)域的激發(fā)光傳播以及從該區(qū)域向檢測器的熒光傳播進(jìn)行建模，其中，受試者的表面與檢測器之間現(xiàn)在已經(jīng)不存在自由空間，介質(zhì)已經(jīng)被虛擬匹配的介質(zhì)(其光學(xué)特性等于該受試者的平均光學(xué)特性)代替。在某些實施方式中，所檢測的熒光是從受試者的該區(qū)域內(nèi)的探針發(fā)射的，于是，正向模型對從激發(fā)光源向探針的激發(fā)光傳播以及從探針向檢測器的所發(fā)射的熒光的傳播進(jìn)行建模。在正向模型中，使用玻恩近似來表示所檢測的從探針發(fā)射的熒光的強度，該探針在該區(qū)域內(nèi)具有空間變化的濃度。用在空間上對應(yīng)的所檢測的激發(fā)光的強度來對所檢測的熒光的強度進(jìn)行歸一化。在其他實施方式中，正向模型表示被變換成其虛擬匹配的表達(dá)式的所檢測的激發(fā)光和所檢測的熒光。在該系統(tǒng)中，激發(fā)光源或光學(xué)成像裝置包括掃描儀，掃描儀被配置成把光引導(dǎo)到受試者中多個位置處，從而限定多個源位置。通過虛擬匹配的表達(dá)式，可以使用任意數(shù)目個源組成的非均勻網(wǎng)格。檢測器包括檢測器位置陣列，這些檢測器位置可以是任意的，也可以符合簡單的幾何形狀(例如平面)，使用從多個檢測器位置獲得的數(shù)據(jù)來建立正向模型。在該系統(tǒng)的某些實施方式中，激發(fā)光是近紅外光。激發(fā)光具有從約500納米到約1000納米的范圍內(nèi)的波長。在該系統(tǒng)的其他實施方式中，激發(fā)光具有從約635納米到約850納米的范圍內(nèi)的波長。此外，激發(fā)光是連續(xù)波(CW)光。激發(fā)光包括從由下列項組成的組中選擇的至少一個成員連續(xù)波的光、時間分辨光、受到強度調(diào)制的光。該方法和算法接受由對任何對象進(jìn)行熒光分子斷層攝影(FMT)系統(tǒng)獲取而生成的原始掃描圖像，作為輸入。如美國專利6，615，063“Fluorescence-MediatedMolecularTomography”、美國專利申請No.11/003，936“ImagingVolumeswithArbitraryGeometriesinContactandNon-ContactTomography”和國際專利申請No.PCT/US2004/003229“MethodandSystemforFreeSpaceOpticalTomographyofDiffuseMedia”(這些文獻(xiàn)的文本通過引用方式全部結(jié)合于此)中所描述的，F(xiàn)MT生成的原始掃描圖像包含針對多個源位置和/或檢測器位置的下述圖像光源的激發(fā)波長下的圖像，稱為“激發(fā)圖像”；對比試劑的發(fā)射波長下的圖像，也可以稱為“發(fā)射圖像”或“熒光圖像”?？蛇x地，原始掃描圖像也可以受到預(yù)處理，以對介質(zhì)中的光學(xué)異質(zhì)性的效果進(jìn)行檢測和補償，如國際專利申請No.PCT/US2008/65648“ImagingSystemsFeaturingWaveguidingCompensation”中所描述的。在優(yōu)選實施方式中，所檢測的光優(yōu)選地包含來自光源的、已經(jīng)在對象處透射或反射的激發(fā)光，皿從對象內(nèi)的一個或多個熒光團(tuán)發(fā)射的熒光。在DOT的情形下，只檢測來自光源的、已經(jīng)從對象透射的激發(fā)光。與在對象處透射或反射的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)可以用來對所捕獲的熒光測量結(jié)果進(jìn)行校正/校準(zhǔn)，從而提供更加精確的斷層攝影學(xué)圖像。這一個或多個熒光團(tuán)由于受到激發(fā)光的激發(fā)而發(fā)射熒光?？梢酝ㄟ^獲得背景測量結(jié)果并相應(yīng)地處理與所捕獲的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，來考慮背景熒光。例如，該方法可以包括檢測背景信號的步驟，其中，處理步驟包括使用與所檢測的背景信號相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來生成所檢測的熒光的經(jīng)校正測量結(jié)果和/或所檢測的激發(fā)光的經(jīng)校正測量結(jié)果，并把這一個或多個經(jīng)校正的測量結(jié)果用在光學(xué)斷層攝影學(xué)重構(gòu)中。在某些實施方式中，處理步驟包括使用與所檢測的背景光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來生成所檢測的熒光的經(jīng)校正測量結(jié)果以及所檢測的激發(fā)光的經(jīng)校正測量結(jié)果，由這種經(jīng)校正的熒光測量結(jié)果和經(jīng)校正的激發(fā)光測量結(jié)果生成經(jīng)校準(zhǔn)的熒光測量結(jié)果，并把經(jīng)校準(zhǔn)的熒光測量結(jié)果用在光學(xué)斷層攝影學(xué)重構(gòu)中。與所檢測的光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)可以在光學(xué)斷層攝影學(xué)重構(gòu)和/或平面重構(gòu)中，例如在迭代處理中，用作輸入。在某些實施方式中，重復(fù)該方法的這些步驟以獲得多個斷層攝影學(xué)圖像和/或平面圖像。在某些實施方式中，重復(fù)該方法的這些步驟以獲得以時間為變量的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。在其他實施方式中，使用斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式來對區(qū)域內(nèi)探針的分布動力學(xué)進(jìn)行監(jiān)視。在另一個方面中，使用斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式來對區(qū)域內(nèi)的探針的活化動力學(xué)進(jìn)行監(jiān)視。在其他實施方式中，本發(fā)明是一種對受試者的區(qū)域內(nèi)的熒光探針的分布進(jìn)行成像的方法，該方法包括(a)向受試者施予探針，該探針包括可見的或近紅外的熒光團(tuán)；(b)將可見的或近紅外的激發(fā)光引導(dǎo)到受試者中多個位置處，以在包含熒光探針的受試者的區(qū)域的至少一部分處透射或反射；(C)可選地，檢測從受試者的該區(qū)域透射或反射的激發(fā)光；(d)檢測從受試者內(nèi)的探針發(fā)射的熒光；以及(e)處理與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)并可選地處理與所檢測的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，以提供受試者的該區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式，其中，這個處理步驟包括(i)使用與所檢測的熒光(可選地，還有所檢測的激發(fā)光)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立從激發(fā)光源向受試者內(nèi)的光源的激發(fā)光傳播的、以及從該光源向檢測器的發(fā)射光傳播的正向模型，其中(A)識別受試者的表面并針對該表面建立邊界條件；(B)邊界測量結(jié)果被變換成其虛擬匹配的表達(dá)式(這些表達(dá)式對無限均勻介質(zhì)進(jìn)行仿真)，從而簡化正向模型；(C)虛擬匹配的熒光(可選地，還有虛擬匹配的激發(fā)光)被傳播到平面的(或者可選地，任意的)虛擬檢測器配置，這能夠使用快速求逆算法；并且(D)把正向模型建立成歸一化元素的離散化權(quán)重矩陣，這些元素不需要考慮該邊界；以及(ii)對權(quán)重矩陣求逆，以獲得受試者的該區(qū)域在實際空間中的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。在某些實施方式中，斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式包括受試者的區(qū)域內(nèi)探針的濃度的圖。在其他實施方式中，斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式包括在三個維度中示出探針的量的圖。另外，斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式包括一個或多個圖像，其中，該方法還包括儲存這一個或多個圖像、顯示這一個或多個圖像、或者既儲存又顯示這一個或多個圖像。在其他實施方式中，斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式包括三維斷層攝影學(xué)圖像，其中，該方法還包括把三維斷層攝影學(xué)圖像與下述方式的成像數(shù)據(jù)組合磁共振、X射線計算斷層攝影、超聲、單光子發(fā)射斷層攝影、或者正電子發(fā)射斷層攝影。在某些實施方式中，用于成像的探針是內(nèi)源性探針。此外，探針還可以包括由受試者內(nèi)的基因編碼的內(nèi)源性熒光團(tuán)。在其他實施方式中，本發(fā)明是使用斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式來確定對熒光團(tuán)進(jìn)行編碼的基因的表達(dá)的方法。在其他實施方式中，內(nèi)源性熒光團(tuán)是熒光蛋白質(zhì)或生物分子。在其他實施方式中，本發(fā)明是包括下述步驟的方法在天然組織發(fā)色團(tuán)的激發(fā)波長和發(fā)射波長處進(jìn)行成像。在其他實施方式中，用于成像的探針被施予受試者。在某些實施方式中，本發(fā)明包括用于用探針進(jìn)行成像的方法，其中，步驟(a)包括向受試者施予多個探針，這些探針具有在光學(xué)上可區(qū)分的熒光發(fā)射波長；步驟(d)包括對從每個探針發(fā)射的熒光進(jìn)行檢測；步驟(e)包括對與所檢測的光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以提供一個或多個斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。在其他實施方式中，本發(fā)明被用來使用斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式確定探針對于對象內(nèi)的區(qū)域的作用。探針包括從由下列項組成的組中選擇的成員分子探針、熒光分子探針、可活化的熒光探針、酶可活化的熒光探針、IG向熒光探針、近紅外熒光分子探針、熒光蛋白質(zhì)、熒光生物分子、非特異性熒光探針、量子點、受體靶向的近紅外熒色物、抗體靶向的近紅外熒色物、波長偏移信標(biāo)、多色熒光探針、鑭金屬配體探針。在其他實施方式中，探針包括附加到運輸載體上的熒色物，所述運輸載體包括下列一項或多項聚合物、樹枝形分子、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)球、納米顆粒。在另一方面，本發(fā)明涉及對對象的目標(biāo)體積進(jìn)行成像的方法，該方法包括下列步驟將激發(fā)輻射引導(dǎo)到對象中多個位置處；可選地，檢測從該對象透射或反射的激發(fā)輻射；在對象的表面處檢測輻射；檢測從對象內(nèi)的一個或多個對比試劑/探針發(fā)射的輻射；以及對與下述內(nèi)容對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以提供對象的目標(biāo)體積的一個或多個圖像所檢測的從對象處透射或反射的輻射、可選地檢測的從對象處透射或反射的激發(fā)輻射、所檢測的從對象內(nèi)的一個或多個對比試劑/探針發(fā)射的輻射。該方法還可以包括顯示該圖像的步驟。對象例如可以是動物，例如哺乳動物，或人類。在另一方面，本發(fā)明涉及用于檢測疾病的方法。在某些實施方式中，斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式指示受試者的區(qū)域內(nèi)的疾病的區(qū)域。在其他實施方式中，斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式指示受試者的該區(qū)域內(nèi)下述項的區(qū)域關(guān)節(jié)炎、癌、病毒轉(zhuǎn)移(metastasis)、斑塊(plaque)、前述兩項或更多項的組合。在其他實施方式中，斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式表示受試者的區(qū)域內(nèi)的腫瘤的邊界。在其他實施方式中，斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式可以被用來檢測或監(jiān)視細(xì)胞異?；蚣膊　４送?，細(xì)胞異?；蚣膊“◤挠上铝许椊M成的組中選擇的至少一個成員心血管疾病、AIDS、神經(jīng)退化(neurodegenerative)疾病、炎癥、皮膚病、眼科疾病、影響皮膚的疾病、免疫性疾病。下面詳細(xì)說明支持本發(fā)明優(yōu)選實施方式的算法。圖I的示意示了由自由空間(即否則是無限的、均勻的且非漫射性的介質(zhì)102)包圍的漫射性體積V101。圖I所示的幾何形狀由漫射性體積V101組成，該體積以表面S為邊界，表面S將其與折射率為Iiwt的外部非漫射性介質(zhì)102分開。漫射性介質(zhì)由其吸收系數(shù)Ua、其約化散射系數(shù)Us’(定義為ii/=ys(l-g)，其中g(shù)為各向異性因子)、以及其平均折射率nin來表征。在高度吸收和散射性的介質(zhì)中，漫射系數(shù)可以定義為D=l/3(u/+aya)，因子a以非線性方式取決于光學(xué)特性，通常具有a=0.2至a=0.6之間的值(見Ripoll,J.,D.Yessayan等，(2004).“Experimentaldeterminationofphotonpropagationinhighlyabsorbingandscatteringmedia”，J.Opt.Soc.Am.A22(3)及其中的參考文獻(xiàn)對于該因子的更深入研究和實驗驗證)。對于組織中的各向異性的典型值g0.8，組織的a在可見區(qū)(其中組織吸收性較大)的典型值在a=0.5的量級。在優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明直接處理D和Ua，而不是Us’和Ua(假定它們通過上述表達(dá)式而關(guān)聯(lián))。另外，所有的推導(dǎo)都是在頻域進(jìn)行的，通過傅立葉變換而外推到時域，或者通過直接選擇零頻率分量而外推到CW體制。假定在圖I的體積V101中，點源位于介質(zhì)內(nèi)rs#，其強度以頻率o受到調(diào)制。在此情形下，平均強度U可以表示為U(r，t)=U(r)exp[-ion]。考慮輻射傳遞方程(RadiativeTransferEquation)中的能量守恒,在V內(nèi)的r處檢測到的U代表漫射光子密度波(DPDW)并遵循亥姆霍茲(Helmholtz)方程權(quán)利要求1.一種熒光分子斷層攝影成像系統(tǒng)，包括激發(fā)光源；光學(xué)成像裝置，其被配置成把光從所述激發(fā)光源引導(dǎo)到受試者中多個位置處；檢測器，其被配置成在多個位置處對從所述受試者內(nèi)的區(qū)域發(fā)出的熒光進(jìn)行檢測；以及處理器，其被配置成對與檢測到的從所述受試者的所述區(qū)域發(fā)出的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以產(chǎn)生所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式，其中，所述處理器被配置成執(zhí)行指令，從而(a)使用與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立從所述激發(fā)光源向所述受試者的所述區(qū)域的激發(fā)光傳播的、以及從所述區(qū)域向所述檢測器的熒光傳播的正向模型，其中，一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以考慮所述受試者的表面處的折射率間斷，所述正向模型利用一個或多個無限齊次函數(shù)而被建立成元素的權(quán)重矩陣，使得如同所述受試者的表面處不存在折射率間斷那樣來對光傳播進(jìn)行建模；以及(b)對所述權(quán)重矩陣求逆，以獲得所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，在所述正向模型中，所述激發(fā)光源是在實際空間中表示的，所檢測的熒光是在頻率空間中表示的，并且其中，所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式是實際空間中的表現(xiàn)形式。3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的系統(tǒng)，其中，所述正向模型中建立了虛擬檢測器，這些虛擬檢測器符合與實際檢測器的布局不同的外加幾何形狀，所述正向模型對從所述受試者的所述區(qū)域向所述虛擬檢測器的光傳播進(jìn)行仿真。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述外加幾何形狀是平面陣列。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測器還被配置成在多個位置處對從所述受試者發(fā)出的激發(fā)光進(jìn)行檢測，并且其中，所述處理器被配置成執(zhí)行指令以使用與所檢測的激發(fā)光和所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立所述正向模型。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，在所述正向模型中，一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的激發(fā)光對應(yīng)的數(shù)據(jù)。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的系統(tǒng)，其中，在所述正向模型中，所述激發(fā)光源是在實際空間中表示的，所檢測的激發(fā)光是在頻率空間中表示的，所檢測的熒光是在頻率空間中表示的，所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式是在實際空間中的表現(xiàn)形式。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述正向模型中使用表面通量分布的實驗測量結(jié)果。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所檢測的熒光是從所述受試者的所述區(qū)域內(nèi)的探針發(fā)射的，(a)中的所述正向模型對從所述激發(fā)光源向所述探針的激發(fā)光傳播以及從所述探針向所述檢測器發(fā)射的熒光傳播進(jìn)行建模。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，在所述正向模型中，使用玻恩近似來表示所檢測的從所述探針發(fā)射的熒光的強度，所述探針在所述區(qū)域內(nèi)具有空間變化的濃度。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所檢測的熒光的強度利用在空間上對應(yīng)的所檢測的激發(fā)光的強度來歸一化。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述正向模型被建立成歸一化元素的權(quán)重矩陣。13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，(a)中的所述正向模型表示相對應(yīng)的虛擬匹配的表達(dá)式中所檢測的熒光以及所檢測的激發(fā)光。14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述激發(fā)光源或所述光學(xué)成像裝置包括掃描儀，所述掃描儀被配置成把光引導(dǎo)到所述受試者中多個位置處，從而限定多個源位置。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述多個源位置以非均勻的方式間隔開。16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測器包括檢測器位置的陣列，并且其中，(a)中的所述正向模型是用從所述檢測器位置的陣列獲得的數(shù)據(jù)來建立的。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，檢測器位置顯著多于源位置。18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)成像裝置包括腔。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述腔是動物腔。20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述受試者是人類。21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述激發(fā)光是近紅外光。22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述激發(fā)光具有從約500納米到約1000納米范圍內(nèi)的波長。23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述激發(fā)光具有從約635納米到約850納米范圍內(nèi)的波長。24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述激發(fā)光是連續(xù)波(CW)的光。25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述激發(fā)光包括從由下列項組成的組中選擇的至少一個成員連續(xù)波的光、時間分辨的光、受到強度調(diào)制的光。26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中，(a)中的所述正向模型對從所述激發(fā)光源向所述受試者的所述區(qū)域的激發(fā)光傳播以及從所述區(qū)域向所述檢測器的熒光傳播進(jìn)行建模，其中，所述受試者的表面與所述檢測器之間存在自由空間。27.一種對受試者的區(qū)域內(nèi)的熒光探針的分布進(jìn)行成像的方法，該方法包括以下步驟(a)向所述受試者施予探針,該探針包括近紅外突光團(tuán)；(b)把近紅外激發(fā)光引導(dǎo)到所述受試者中多個位置處，以在包含所述熒光探針的所述受試者的所述區(qū)域的至少一部分處透射或反射；(C)檢測從所述受試者的所述區(qū)域透射或反射的激發(fā)光；(d)檢測從所述受試者內(nèi)的所述探針發(fā)射的熒光；以及(e)處理與所檢測的熒光和所檢測的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，以提供所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式，其中，所述處理步驟包括(i)使用與所檢測的熒光和所檢測的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立從激發(fā)光源向所述受試者內(nèi)的所述探針的激發(fā)光傳播的、以及從所述探針向檢測器的發(fā)射光傳播的正向模型，其中，一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)和與所檢測的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以考慮所述受試者的表面處的折射率間斷；所檢測的熒光的強度利用在空間上對應(yīng)的所檢測的激發(fā)光的強度來歸一化；所述正向模型使用一個或多個無限齊次函數(shù)而被建立成歸一化元素的權(quán)重矩陣，使得如同所述受試者的表面處不存在折射率間斷那樣來對光傳播進(jìn)行建模；以及(ii)對所述權(quán)重矩陣求逆，以獲得所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，在所述正向模型中，所述激發(fā)光源是在實際空間中表示的，所檢測的激發(fā)光是在頻率空間中表示的，所檢測的熒光是在頻率空間中表示的，并且其中，所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式是實際空間中的表現(xiàn)形式。29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的方法，其中，所述正向模型中建立虛擬檢測器，這些虛擬檢測器符合與實際檢測器的布局不同的外加幾何形狀，所述正向模型對從所述受試者的所述區(qū)域向所述虛擬檢測器的光傳播進(jìn)行仿真。30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述外加幾何形狀是平面陣列。31.根據(jù)權(quán)利要求27-30中任一項所述的方法，包括對于所述受試者的所述表面獲得表面通量分布的實驗測量結(jié)果的步驟，其中，所述正向模型中使用表面通量分布的所述實驗測量結(jié)果。32.根據(jù)權(quán)利要求27-31中任一項所述的方法，其中，在所述正向模型中，使用玻恩近似來表示所檢測的從所述探針發(fā)射的熒光的強度，所述探針在所述區(qū)域內(nèi)具有空間變化的濃度。33.根據(jù)權(quán)利要求27-32中任一項所述的方法，其中，步驟(e)中的所述正向模型表示相對應(yīng)的虛擬匹配的表達(dá)式中所檢測的熒光和所檢測的激發(fā)光。34.根據(jù)權(quán)利要求27-33中任一項所述的方法，其中，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式包括所述受試者的所述區(qū)域內(nèi)的探針的濃度的圖。35.根據(jù)權(quán)利要求27-34中任一項所述的方法，其中，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式表示所述受試者的所述區(qū)域內(nèi)的疾病區(qū)域。36.根據(jù)權(quán)利要求27-35中任一項所述的方法，其中，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式指示所述受試者的所述區(qū)域內(nèi)下述項的區(qū)域關(guān)節(jié)炎、癌、病毒轉(zhuǎn)移、斑塊、前述兩項或更多項的組入口o37.根據(jù)權(quán)利要求27-36中任一項所述的方法，其中，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式指示所述受試者的所述區(qū)域內(nèi)的腫瘤的邊界。38.根據(jù)權(quán)利要求27-37中任一項所述的方法，其中，所述探針是內(nèi)源性探針。39.根據(jù)權(quán)利要求27-38中任一項所述的方法，其中，所述探針被施予所述受試者。40.根據(jù)權(quán)利要求27-39中任一項所述的方法，其中，所述探針包括從由下列項組成的組中選擇的成員分子探針、熒光分子探針、可活化的熒光探針、酶可活化的熒光探針、靶向熒光探針、近紅外熒光分子探針、熒光蛋白質(zhì)、熒光生物分子、非特異性熒光探針、量子點、受體靶向的近紅外熒色物、抗體或類抗體靶向近紅外熒色物、波長偏移信標(biāo)、多色熒光探針、鑭金屬-配體探針。41.根據(jù)權(quán)利要求27-40中任一項所述的方法，其中，所述探針包括附加到運輸載體上的熒色物，所述運輸載體包括下列一項或多項聚合物、樹枝形分子、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)球、納米顆粒。42.根據(jù)權(quán)利要求27-41中任一項所述的方法，其中，步驟(a)包括向所述受試者施予多個探針，這些探針具有在光學(xué)上可區(qū)分的熒光發(fā)射波長；步驟(d)包括對從每個所述探針發(fā)射的熒光進(jìn)行檢測；步驟(e)包括對與所檢測的光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以提供一個或多個斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。43.根據(jù)權(quán)利要求27-42中任一項所述的方法，還包括下述步驟使用所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式來確定所述探針對于對象內(nèi)的所述區(qū)域的作用。44.根據(jù)權(quán)利要求27-43中任一項所述的方法，其中，至少步驟(b)、(c)、(d)和(e)被重復(fù)，以獲得以時間為變量的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，還包括下述步驟使用所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式，對所述區(qū)域內(nèi)所述探針的分布動力學(xué)進(jìn)行監(jiān)視。46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，還包括下述步驟使用所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式，對所述探針的活化動力學(xué)進(jìn)行監(jiān)視。47.根據(jù)權(quán)利要求27-46中任一項所述的方法，還包括下述步驟在天然組織發(fā)色團(tuán)的激發(fā)波長和發(fā)射波長處進(jìn)行成像。48.根據(jù)權(quán)利要求27-47中任一項所述的方法，其中，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式包括在三個維度中示出所述探針的量的圖。49.根據(jù)權(quán)利要求27-48中任一項所述的方法，其中，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式包括一個或多個圖像，并且其中，所述方法還包括儲存所述一個或多個圖像、顯示所述一個或多個圖像、或者既儲存又顯示所述一個或多個圖像。50.根據(jù)權(quán)利要求27-49中任一項所述的方法，其中，所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式包括三維斷層攝影學(xué)圖像，并且其中，所述方法還包括把所述三維斷層攝影學(xué)圖像與下列方式的成像數(shù)據(jù)組合磁共振、X射線計算斷層攝影、生物發(fā)光斷層攝影、光譜學(xué)、超聲、單光子發(fā)射斷層攝影、或者正電子發(fā)射斷層攝影。51.根據(jù)權(quán)利要求27-50中任一項所述的方法，還包括下述步驟使用所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式來檢測或監(jiān)視細(xì)胞異?；蚣膊　?2.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中，所述細(xì)胞異?；蚣膊“◤挠上铝许椊M成的組中選擇的至少一個成員炎癥、癌癥、心血管疾病、呼吸疾病、皮膚病、眼科疾病、傳染病、免疫性疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、遺傳病、代謝病、環(huán)境疾病、與骨骼有關(guān)的疾病、神經(jīng)退化疾病、與外科手術(shù)有關(guān)的并發(fā)癥。53.根據(jù)權(quán)利要求27-52中任一項所述的方法，其中，所述受試者是哺乳動物。54.根據(jù)權(quán)利要求27-53中任一項所述的方法，其中，所述受試者是人類。55.根據(jù)權(quán)利要求27-54中任一項所述的方法，其中，所述探針包括由所述受試者內(nèi)的基因編碼的內(nèi)源性熒光團(tuán)。56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，還包括下述步驟使用所述斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式來確定對所述熒光團(tuán)進(jìn)行編碼的基因的表達(dá)。57.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述內(nèi)源性熒光團(tuán)是熒光蛋白質(zhì)或生物分子。58.一種用于對受試者的區(qū)域內(nèi)的探針的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式進(jìn)行重構(gòu)的裝置，該裝置包括存儲器，其儲存了限定一組指令的代碼；以及處理器，其執(zhí)行這些指令，從而(a)使用與所檢測的來自所述探針的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并使用與所檢測的、在所述受試者的區(qū)域透射或反射的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，建立從激發(fā)光源向所述受試者的所述區(qū)域內(nèi)的探針的激發(fā)光傳播的、以及從所述探針向檢測器的發(fā)射光傳播的正向模型，其中，一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的熒光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以及與所檢測的激發(fā)光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以考慮所述受試者的表面處的折射率間斷；所檢測的熒光的強度利用在空間上對應(yīng)的所檢測的激發(fā)光的強度來歸一化；所述正向模型使用一個或多個無限齊次函數(shù)而被建立成歸一化元素的權(quán)重矩陣，使得如同所述受試者的表面處不存在折射率間斷那樣來對光傳播進(jìn)行建模；以及(b)對所述權(quán)重矩陣求逆，以獲得所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的裝置，其中，所述處理器執(zhí)行所述指令以建立所述正向模型，其中，所述激發(fā)光源是在實際空間中表示的，所檢測的熒光和所檢測的激發(fā)光是在頻率空間中表示的，所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式是在實際空間中的表現(xiàn)形式。60.一種漫射性光學(xué)斷層攝影成像系統(tǒng)，包括一個或多個照明源；光學(xué)成像裝置，其被配置成把光從所述至少一個照明源引導(dǎo)到受試者中多個位置處；檢測器，其被配置成在多個位置處對從所述受試者發(fā)出的光進(jìn)行檢測以獲得第一測量結(jié)果和第二測量結(jié)果，其中，所述第一測量結(jié)果是參考測量結(jié)果，所述第二測量結(jié)果對應(yīng)于照明光在經(jīng)過所述受試者內(nèi)的光吸收區(qū)域時所述照明光的至少一部分的吸收，并且其中，所述參考測量結(jié)果不反映所有所述吸收；以及處理器，其被配置成對與檢測到的從所述受試者發(fā)出的光的第一和第二測量結(jié)果相對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中，所述處理器被配置成執(zhí)行指令，從而(a)使用與所述第一測量結(jié)果和所述第二測量結(jié)果相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來建立從所述一個或多個照明源中的至少一個向所述受試者內(nèi)的光吸收區(qū)域的光傳播的、以及從所述區(qū)域向所述檢測器的光傳播的正向模型，其中，一個或多個虛擬匹配變換被應(yīng)用于與所檢測的光相對應(yīng)的數(shù)據(jù)以考慮所述受試者的表面處的折射率間斷，所述正向模型使用一個或多個無限齊次函數(shù)而被建立成元素的權(quán)重矩陣，使得如同所述受試者的表面處不存在折射率間斷那樣來對光傳播進(jìn)行建模；以及(b)對所述權(quán)重矩陣求逆，以獲得所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式。61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的系統(tǒng)，包括具有不同波長的至少兩個照明源。62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的系統(tǒng)，其中，所述至少兩個照明源是近紅外光源。63.根據(jù)權(quán)利要求61所述的系統(tǒng)，其中，所述不同波長包括含氧血紅蛋白(HbO)和脫氧血紅蛋白(ffi)的等吸收點以下的波長以及所述等吸收點以上的波長。64.根據(jù)權(quán)利要求1-26中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述受試者的所述區(qū)域的斷層攝影學(xué)表現(xiàn)形式顯示所述受試者內(nèi)的熒光團(tuán)的定量濃度。65.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所檢測的激發(fā)光是在經(jīng)過所述受試者的至少一部分后被檢測的。66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其中，所述受試者受到激發(fā)光的透射。全文摘要本發(fā)明涉及通過下述方式對包括漫射介質(zhì)的受試者進(jìn)行斷層攝影學(xué)成像的系統(tǒng)和方法把在受試者外部的自由空間中獲得的電磁輻射測量結(jié)果(例如熒光)轉(zhuǎn)換成在受試者由無限且均勻的漫射介質(zhì)(例如具有與受試者的平均光學(xué)特性相等的光學(xué)特性的介質(zhì))包圍的情況下將測得的數(shù)據(jù)。在應(yīng)用了變換以把測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成虛擬匹配的值之后，把光傳播仿真為從折射率匹配的表面到一組虛擬檢測器，這組虛擬檢測器在受試者外部并被布置成在幾何形狀上有利的方式(例如布置成平面陣列)，從而便于使用快速重構(gòu)技術(shù)。文檔編號G06T11/00GK102781307SQ201080052953公開日2012年11月14日申請日期2010年9月22日優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日發(fā)明者喬舒亞·坎普納,威爾·I·亞瑞德,洛倫佐·喬格·里波爾申請人:文森醫(yī)學(xué)公司