[發(fā)明專利]一種連續(xù)動態(tài)采集式小動物誘發(fā)熒光分子成像系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780001891.0
• 申請日: 2007-07-10
• 公開（公告）號: CN101365377A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白凈;宋小磊;胡剛;姚俊杰;許準(zhǔn);汪待發(fā);歐嘉昌;黃國亮;張永紅
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G01N21/64
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 徐寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種成像系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種連續(xù)動態(tài)采集式小動物誘發(fā)熒光分子成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)成像、功能成像后，上世紀(jì)90年代開始，隨著生物、和基因技術(shù)的發(fā)展以及成像技術(shù)的提高，又出現(xiàn)了新的分子影像技術(shù)。在活體生物體內(nèi)注入示蹤劑或標(biāo)記物以標(biāo)記特定分子或細(xì)胞，通過分子影像技術(shù)可以得到與生物體生理或病理過程相關(guān)細(xì)胞、基因和分子水平上的信息，從而為基因功能定位、細(xì)胞生長發(fā)育和突變過程的作用機(jī)制、新藥研發(fā)等提供有效的信息獲取和分析處理手段。現(xiàn)有的小動物在體分子影像技術(shù)主要包括核素成像和光學(xué)成像兩種，其中光學(xué)成像由于具有無損、設(shè)備成本較低、探針種類多和標(biāo)記技術(shù)較成熟等優(yōu)勢被認(rèn)為是很有潛力的分子成像模式。然而，受可見光或近紅外光在組織的穿透深度影響，光學(xué)成像廣泛應(yīng)用于小動物在體成像，已成為從離體實(shí)驗(yàn)過渡到臨床應(yīng)用的一個重要的紐帶。

光學(xué)分子成像中包括平面成像和斷層成像。相對于平面成像只能反映某個投影方向的信息，斷層成像通過光在生物組織中的傳播模型則可以重建出熒光團(tuán)濃度的三維分布信息。按照熒光光源類型分類，光學(xué)分子斷層成像又可以分為自發(fā)熒光斷層成像(Bioluminescence?Tomography，BLT)和誘發(fā)熒光分子斷層成像(Fluorescence?Molecular?Tomography，F(xiàn)MT)。在FMT中，熒光團(tuán)分子吸收外界入射的特定波段的激發(fā)光，產(chǎn)生能級躍遷，但經(jīng)過一定的時間會返回基態(tài)，并發(fā)出波長長于激發(fā)光的熒光。由于誘發(fā)熒光團(tuán)發(fā)出的熒光光強(qiáng)與其吸收的激發(fā)光強(qiáng)度相關(guān)，所以從小動物表面檢測到的熒光信號要比BLT的信號強(qiáng)，而且不同的激發(fā)情形也提供了豐富的信息量，有利重建。

過去十年中，小動物誘發(fā)熒光分子斷層成像系統(tǒng)經(jīng)歷了幾代的發(fā)展。最初是將小動物(通常是小白鼠)放入圓柱形的成像腔，從腔表面用光纖引出不同位置的測量信號，這種早期的系統(tǒng)的缺點(diǎn)和限制較多，如成像腔中需要填充匹配液，表面的探測數(shù)據(jù)量太少和重建圖像的空間分辨率低等。隨后出現(xiàn)的平板檢測系統(tǒng)使用CCD來檢測熒光，與光纖采集模式相比，提高了采樣率，空間分辨率可達(dá)到亞毫米級，但是因其投影方向受限，所以在垂直探測面方向分辨率很低且仍須使用匹配液。2007年出現(xiàn)了非接觸式、環(huán)繞小動物全周(360度)檢測的FMT系統(tǒng)，其避免了成像腔、光纖和匹配液的使用，大大地增加了實(shí)驗(yàn)的便利性，該系統(tǒng)將激發(fā)光源和CCD器件放于動物的對側(cè)，每次將小動物繞其身體長軸旋轉(zhuǎn)一個小角度，然后停下來采集一幅小動物體表某一視場的熒光圖像，根據(jù)所采集的一周內(nèi)不同投影方向的圖像重建熒光團(tuán)分布，為了減少慣性帶來的器官移位和歪斜，小動物旋轉(zhuǎn)速度須小于5度/秒，在小動物緩慢旋轉(zhuǎn)的過程中CCD處于空閑狀態(tài)。因此，如果要實(shí)現(xiàn)圍繞小動物一周的全景采集，需要花費(fèi)很長時間。此外，由于小動物成像時需處于麻醉狀態(tài)，長時間反復(fù)麻醉將會減少小動物的壽命，不利于連續(xù)觀察。

近年來，多模態(tài)集成成像方式和系統(tǒng)由于能從多個角度對被測活體進(jìn)行觀察和分析，成為醫(yī)學(xué)成像發(fā)展的一個趨勢，它結(jié)合不同成像方式，形成信息豐富、分辨率高的多模態(tài)圖像信息源，并通過配準(zhǔn)、分割和融合，實(shí)現(xiàn)高精度的空間定位，提供更為全面的信息，為研究人員提供幫助。如醫(yī)療器械巨頭企業(yè)Siemens、GE、Philips都推出了PET-CT，將PET的功能成像與螺旋CT的解剖結(jié)構(gòu)成像融于一體，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，為腫瘤診斷作出了很大貢獻(xiàn)。

對于小動物在體光學(xué)成像系統(tǒng)而言，目前也出現(xiàn)了雙模成像系統(tǒng)，如光學(xué)成像與X-ray成像結(jié)合，但這類系統(tǒng)大都只實(shí)現(xiàn)平面成像，還未能實(shí)現(xiàn)兩種模式下的三維斷層成像，同時，這類系統(tǒng)的采集模式在時間上大都是串行的，無法同時采集到兩種模式下的圖像信息。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)動態(tài)采集式小動物誘發(fā)熒光分子成像系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種連續(xù)動態(tài)采集式小動物誘發(fā)熒光分子成像系統(tǒng)，其特征在于：它包括計(jì)算機(jī)、小動物旋轉(zhuǎn)平臺裝置和熒光成像激發(fā)與檢測裝置；所述小動物旋轉(zhuǎn)平臺裝置包括小動物懸掛支架和連接支架的旋轉(zhuǎn)電機(jī)；所述熒光成像激發(fā)與檢測裝置包括熒光成像激發(fā)模塊和熒光成像檢測模塊，所述熒光成像激發(fā)模塊包括激發(fā)光源和聚焦與掃描控制單元，所述熒光成像檢測模塊包括帶通濾光片和CCD器件；所述CCD器件通過一接口控制器連接所述計(jì)算機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過RS232接口連接到所述計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)輸入信號為來自所述CCD器件的輸出信號，所述計(jì)算機(jī)輸出信號是控制所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動控制及切換信號、及控制所述CCD器件的信號。