[發明專利]仿CT掃描模式多光譜時域熒光分子層析測量系統

有效

• 申請號: 201010167623.X
• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN101816552A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 高峰;李嬌;趙會娟;張麗敏;周仲興;張偉;易茜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及小動物分子成像領域，尤其是面向小動物分子成像的時域熒光擴散層析系統和時間分辨光學層析系統，具體涉及仿CT掃描模式多光譜時域熒光分子層析測量系統。

背景技術

分子影像學是應用影像學方法對活體狀態下的生物過程在細胞和分子水平進行的定性和定量的研究，是以體內特異性分子作為成像對比度的產生機制，通過影像在細胞或分子水平反映體內的生理和病理變化過程。分子影像學的優勢可以主要概括為三點：其一，分子影像技術可將基因表達、生物信號傳遞等復雜的過程變成直觀的圖像，使人們能更好地在分子細胞水平上了解疾病的發生機制及特征；其二，能夠發現疾病早期的分子細胞變異及病理改變過程；其三，可在活體上連續觀察藥物或基因治療的機理和效果。分子影像技術作為一種在活體(in?vivo)的探測方法，具有連續、快速、遠距離、無損傷的優點，而更可能提供體內分子或細胞的三維圖像。它可以揭示病變的早期分子生物學特征，推動了疾病的早期診斷和治療，也為臨床診斷引入了新的概念。

光學分子成像是重要的分子影像模態，兼有超靈敏度、高特異性、實時性和標記靈活性等多種優點，特別適合基于小動物病理模型的生物醫學基礎研究。。尤其近紅外光譜技術(Near-Infrared?Spectroscopy，NIRS)在生物組織在體成像應用上發展十分迅速。近紅外光與生物組織的作用主要表現為散射和吸收，其中在600-900nm波段范圍內具有明顯的非相關吸收譜特征，形成了一個生物組織“光學診斷窗”，在此基礎上建立的擴散光學層析技術(DiffuseOptical?Tomography，DOT)可以獲得組織體深部與病生理指標密切相關的光學參數三維定量信息。與此同時，隨著光學分子影像學在生物學研究的不斷深入應用，建立在DOT方法與特異性分子熒光標記技術相結合基礎之上的光學分子層析技術則成為光學分子成像最前沿的研究領域，包括熒光層析(Fluorescence?Molecular?Tomography，FMT)和生物自發光層析(Bioluminescence?Tomography，BLT)兩種基本模態。FMT通過激發光和發射熒光兩個波段上同時激發光-熒光測量和熒光擴散層析過程，產生反映組織體內部特異分子生化過程強度及其微環境特征的熒光參數的空間分布，包括發射率(熒光劑量子效率和吸收系數之積)和壽命等。根據激發方式的不同，FMT具有三種測量模式：時域(Time?Domain，TD)、頻域(FrequencyDomain，FD)和連續波(Continuous?Wave，CW)，其中CW方式原理和實現上最為簡單和直接，而FD和TD方式可望實現更高的功能和指標。對于FD方式雖然可以實現多參數同時重建，但是當應用該方式于小動物成像時，需要1GHz以上的調制頻率來達到適當的信噪比，這么高的頻率下交流幅值幾乎為零，可見FD方式的局限性。因此具備多參數成像能力且性能優良的時域FMT技術獲得了廣泛的重視。時域FMT技術旨在發展高靈敏時間分辨檢測技術，通過多“角度”激發下表面熒光瞬態“投影”的測量和基于精確光子遷移模型的圖像反演算法，重建復雜組織體內部特定分子靶標多熒光參數(熒光產率和壽命)的空間分布，并通過時間分辨信息彌補空間采樣數量的有限性以有效提高成像質量和檢測靈敏度，實現FMT的應用要求。

時域FMT實現方案現有采用時間相關單光子計(Time-Correlated?Single?PhotonCounting，TCSPC)技術，是一種具有超高靈敏、合理時間分辨率的離散通道測量技術；還有采用時間選通影像增強CCD相機(Time-gated?Intensifier?CCD?camera)，是一種具有高空間采樣率的測量技術，但其線性度和動態范圍不高，且相較TCSPC技術在靈敏度和時間分辨率上也無優勢。

發明內容

為克服現有技術的不足，彌補現有技術在空間采樣密度上的缺陷，使系統兼具有超靈敏度和高時空分辨測量性能，繼而實現高質量的多組分、多參數成像功能。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：仿CT掃描模式多光譜時域熒光分子層析測量系統系統，包括：

提供所需波長超短激光的兩個皮秒半導體激光器及熒光探針，用于發出激光脈沖，其中一個激光器的波長在熒光探針的激發光波段，另一個波長在熒光探針的熒光波段；

用于將兩種不同波長的同頻率超短激光脈沖按固定的時間間隔耦合成一束激光的光纖耦合器；

用于將兩個皮秒半導體激光器或其中一個的出射激光投射到目標體的入射光纖；

用于實現仿CT掃描模式的成像腔及旋轉平臺；