[發明專利]光子計數型動態擴散熒光斷層成像方法及裝置

有效

• 申請號: 201110438805.0
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102551671A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 高峰;王欣;李嬌;馬文娟;趙會娟
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G01N21/64
• 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

本發明涉及小動物成像領域，尤其是面向小動物斷層成像的穩態擴散熒光斷層成像系統，具體涉及光子計數型動態擴散熒光斷層成像方法及裝置。

背景技術

擴散光學斷層成像(diffuse?optical?tomography，DOT)是一種基于組織體生化功能信息的無創檢測技術，其對于高散射的器官組織可利用擴散光承載的信息實現厘米級厚度的探測。為了實現較為深層組織的探測，常使用600nm-900nm波長的近紅外光作為光源，被稱為測量和治療的光學窗口(NIR?window)[1]。擴散熒光斷層成像(Diffuse?Fluorescence?tomography，DFT)是光學斷層成像的擴展和延伸，它不僅可以重建出組織吸收和散射系數的分布，還可以求得熒光產額和壽命。簡言之，DFT就是以合適的熒光探針作為標記物或對比劑，用特定波長的光激發熒光染料，使其吸收入射光產生能級躍遷，經過特定的時間會衰減回基態，并發出熒光。通過測量媒質邊界處有限點的熒光強度，考慮光子傳播散射特性，來重建出組織內部的熒光光學特性的分布圖像[2，3，4]。

擴散熒光斷層成像由于熒光對比劑的引入大大改善了所成圖像的對比度，從而大大提高了早期診斷的準確性。這種成像方式由于其沒有放射性損傷，非常適合在體(in?vivo)測量，應用領域十分廣闊，包括乳腺癌和睪丸畸形的檢測，對大腦皮層進行研究，藥代動力學等。目前，一般的影像學所揭示的是疾病發展過程中較晚期的結構變化。熒光擴散層析成像可以早期檢測和揭示疾病，有利于疾病的早期診斷及治療。DFT特別適合基于小動物病理模型的生物醫學基礎研究[5]。

DFT的測量模式有時域(Time?Domain，TD)、頻域(Frequency?Domain，FD)和連續波(Continuous?Wave，CW)三種。其中，FD系統采用高頻調制的CW激光作為光源，檢測組織體表面其它點溢出光流的強度以及相對于輸入光信號的相移和調制深度。組織體的光學參數的變化所能夠引起的相位角變化是很小的，用相位作為測量量需要儀器的測量精度較高，價格昂貴。而且由于測量主要是通過高頻調制實現的，在技術上有相當難度，且系統易受噪聲影響。TD測量系統采用超短激光脈沖作為光源，該光源通過傳輸光纖入射到待測組織體，由于強度散射效應，表面其他點的輸出光流作為時間展寬信號，稱為時間點擴展函數(Temporal?Point?Spread?Function，TPSF)。TD方式雖然可以實現較高的功能和指標，但是相關儀器設備較為昂貴，相關技術方法較為復雜，獲取數據時間較長。連續波即穩態測量模式設備體積小，價格較低，圖像重建的方法較為簡單和成熟。另外，由于穩態測量模式獲取數據的速度快，在體測量時可以實現實時動態測量，尤其對于藥代動力學和快變化生理信息獲取等研究有較大意義，臨床應用前景廣闊[6，7，8]。

對于擴散熒光斷層成像，由于熒光信號比較微弱，CCD技術需要較長的積分時間才可以獲得較好的信噪比；離散多通道測量技術雖然測試時間較短但空間采樣密度低，圖像分辨率不高。

[1]徐可欣，高峰，趙會娟.生物醫學光子學.北京：科學出版社，2007.41-58.

[2]Schulz?RB，Ripoll?J，Ntziachristos?V.Experimental?fluorescence?tomopgraphy?of?tissues?noncontact?measurements.IEEE?Trans?Med?Imaging，2004，23(4)：492-500.

[3]Edward?E，Graves，Ripoll?J，et?al.A?submillimeter?resolution?fluorescence?molecular?imaging?system?for?small?animal?imaging.Med.Phys，2003，30(5)：901-911.

[4]宋曉磊，白凈.近紅外熒光散射斷層成像的研究進展.國外醫學生物醫學工程分冊，2005，28(2)：70-75.

[5]朱新建，宋小磊，汪待發.熒光分子斷層成像系統的研究進展與比較.中國醫療器械雜志，2008，32(1)：1-6.