时间分辨成像技术的分类及各自原理

详述时间分辨成像技术的分类及各自原理
时间分辨成像技术，它以超短脉冲激光作为光源，根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性，使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光，进行成像。

在边界上可以高时间分辨地测量与组织体内部光学参数有关的传输光,因此可以提供更多的组织体光学参数分布的信息。

正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。

该项技术是光学层析（断层）造影（OT）技术中最主要的一种。

利用组织中光的传输理论，确定组织体，尤其是人体的光学性质基本参数，即吸收系数、散射系数和散射相位函数或平均散射余弦g以及折射率n等。

已知光与组织的相互作用参数，在给定的光照方式和边界条件下，光能流率或其它参量全反射率R全透过率T等分布均可由有关的传输模型唯一地确定。

再利用图像重建技术。

由于生物散射介质的结构特征信息隐含在漫射光中，找到描述光在介质中迁徙规律，通过测试漫射光的有关参数，在眼光的散射路径逆向追溯，则应能重建散射介质结构图像。

如采用锁摸激光器作光源，条纹相机测试散射体周围的漫射光的时间分辨参量，再用逆问题算法进行图像重建。

目前，逆问题算法大体有两类：一类为蒙特卡罗法，采用这种方法，图像重建精度高，但是计算复杂；另一类是基于光的传输方程，采用优化算法，根据测试周围时间分辨率漫射光的信号进行图像重建。

一、磷光共轭聚电解质用于时间分辨生物检测与成像
近年来，共轭聚电解质（CPEs）在传感和生物成像领域的应用引起人们的广泛关注。

除了信号放大的优势外，CPEs在极性溶剂（如水）中具有良好的溶解性，这使得该类材料非常适于传感与生物成像。

然而，目前报道的CPEs大都基于荧光作为检测信号，其检测性能易受到背景荧光信号（如生物体的自发荧光等）的干扰，从而降低了检测的信噪比。

相比于荧光材料，磷光过渡金属配合物具有长的发射寿命（微秒级），可通过时间分辨荧光技术有效消除短寿命的背景荧光信号（纳秒级）的干扰，从而可显著提高检测的信噪比和灵敏度。

结合磷光信号长寿命的优势，利用时间分辨荧光技术，有效消除了背景荧光信号的干扰，显著提高了检测的信噪比和灵敏度，实现了在复杂体系中对heparin的检测。

另外，这类聚合物探针可以特异性标记细胞膜，并通过荧光寿命成像技术成功实现了在细胞内背景荧光信号存在下对细胞膜的成像。

二、时间分辨荧光分析技术（稀土荧光配合物的发光机理及荧光性质）
时间分辨荧光测定技术是利用稀土配合物特殊的荧光性质这一特点，在样品被脉冲光激发后、荧光信号采集前，根据样品中所包含的荧光物质荧光寿命的不同引入一定的延迟时间，待短寿命的背景荧光完全淬灭后，再对长寿命的特异性荧光信号进行测定。

采用时间分辨荧光测定技术可以有效消除来自样品、试剂、仪器等的短寿命非特异性荧光的干扰，从而极大地提高荧光检测的灵敏度。

已广泛的应用于免疫分析、核酸测定、荧光显微镜成像、细胞识别、单细胞原位测定、生物芯片等生化领域，并发展出了相应的时间分辨荧光免疫测定法、时间分辨荧光DNA杂交测定法、时间分辨荧光显微镜成像测定法、时间分辨荧光细胞活性测定法及时间分辨荧光生物芯片测定法等分支。

三、时间分辨中红外光谱研究蛋白质折叠动力学进展
基于多通道时间分辨光学层析成像系统的差分图像重建近10年来,基于近红外光的光学成像受到了广泛的重视。

由于生物组织体对近红外光的吸收变化和
组织体中血红蛋白氧化水平以及新陈代谢过程密切相关,加之近红外光成像具有非侵入性、可小型化等优点,可望用于人体某些生理状态的连续观测,如血液含氧量变化、新生儿大脑供氧状况监视、以及妇女乳腺肿瘤早期诊断等。

四、时间分辨的三维增强磁共振血管成像
时间分辨的三维增强磁共振血管成像是一种类似DSA成像效果的新型MRA 技术，可以清晰显示血管从动脉早期到平衡期的完整的动态充盈过程，且无需预先监测及设置对比剂的延迟时间，对头颈、四肢血管疾病的诊断有十分重要的价值。