[發(fā)明專利]熒光―光學(xué)聯(lián)合斷層成像系統(tǒng)及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210408665.7
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN102920434A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高峰;張偉;武林會;李嬌;周仲興;張麗敏;趙會娟
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司 12108
• 代理人: 王顕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種成像系統(tǒng)，特別是一種熒光―光學(xué)聯(lián)合斷層成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

乳腺癌是最常見的女性惡性癌癥，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，發(fā)病率占全身各種惡性癌癥的7%～10%。擴(kuò)散光學(xué)斷層成像方法(Diffuse?Optical?Tomography,DOT)，基于600～1000nm的近紅外光可穿透較厚組織的特性，能夠無創(chuàng)、定量地提供組織體內(nèi)部的光學(xué)吸收系數(shù)分布，從而能夠有效地利用血流動力學(xué)信息，重建出組織體內(nèi)部與病理過程密切相關(guān)的含氧血紅蛋白、脫氧血紅蛋白的分布情況。結(jié)合反映組織體分形形態(tài)變化的光學(xué)散射系數(shù)，DOT能夠起到甄別良、惡性腫瘤，監(jiān)測癌變組織對治療反應(yīng)的作用。

DOT方法與傳統(tǒng)的乳腺解剖和功能成像診斷方法相比，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，無電離輻射危害，對病變組織具有很高的特異性。但是其成像依賴于腫瘤組織血管化與正常組織之間1.5～2.5倍的內(nèi)源性光學(xué)對比，而且測量數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于待重建的參數(shù)數(shù)據(jù)量，因此DOT重建是一個嚴(yán)重的欠定性病態(tài)問題，造成圖像重建后空間分辨率的退化和量化度的降低，影響了在臨床上的應(yīng)用。針對以上的缺陷，研究者采用了多種方法來進(jìn)行彌補(bǔ)：(1)進(jìn)行多波長測量，增加測量數(shù)據(jù)量，提高重建的分辨率和量化度；(2)與其他成像模式(CT,MRI,US)相結(jié)合，獲得可靠的“先驗(yàn)”信息，來約束DOT的重建范圍，從而降低重建問題的病態(tài)性。上述策略均取得了一定程度上的效果，但是其缺點(diǎn)是：首先，往往導(dǎo)致成像系統(tǒng)復(fù)雜冗余，成本增加；其次，解剖成像方法在腫瘤組織的早期診斷中，不能夠?yàn)镈OT重建提供有效的“先驗(yàn)”信息，達(dá)不到減小問題病態(tài)性的目標(biāo)。

熒光擴(kuò)散斷層成像(Fluorescence?Diffuse?Optical?Tomography,FDOT)，是DOT技術(shù)的直接延伸和發(fā)展，它繼承了DOT在成像深度和三維測量上的優(yōu)勢，同時(shí)又可以發(fā)揮熒光劑對癌變區(qū)域的高靈敏和特異性優(yōu)勢，因此，在腫瘤診斷和分子成像領(lǐng)域有著極高的價(jià)值。將FDOT應(yīng)用于乳腺癌癥診斷時(shí)，采用非靶向性的熒光劑—吲哚菁綠(Indocyanine?Green,ICG)進(jìn)行造影。在癌癥病變的早期，由于腫瘤新生“血管化”現(xiàn)象，造成了病變組織周圍的血管滲透率增高，熒光劑在腫瘤附近產(chǎn)生“堆積”，在正常組織隨血液循環(huán)快速清除，進(jìn)而人為地提高了病變區(qū)域與正常組織之間的熒光對比度(為內(nèi)源性DOT對比度的2~4倍)，最終在熒光圖像的重建中，可以清晰地分辨出腫瘤區(qū)域。而且熒光成像中的壽命參數(shù)還可以反映組織中的pO₂、pH等微環(huán)境信息。因此，將FDOT技術(shù)引入乳腺腫瘤早期診斷領(lǐng)域，可以準(zhǔn)確定位病變部位，為DOT重建提供可靠的“先驗(yàn)”位置信息，大大減少了DOT重建問題中需要重建的參數(shù)數(shù)據(jù)量，從而降低了問題的量級和病態(tài)特性，起到了提高重建圖像分辨率和量化精度的作用。

DOT和FDOT方法在成像原理和數(shù)據(jù)采集方式上相似，可以實(shí)現(xiàn)光源和探測設(shè)備的共同使用，因此，在技術(shù)上可以將DOT和FDOT進(jìn)行整合，開發(fā)出一套FDOT―DOT聯(lián)合斷層成像檢測系統(tǒng)，將高對比度的FDOT與反映功能信息的內(nèi)源性DOT相融合，最終達(dá)成在FDOT中熒光產(chǎn)率和熒光壽命同時(shí)重建，并提取出患病區(qū)域的目標(biāo)，進(jìn)而為下一步DOT中吸收系數(shù)和散射系數(shù)的重建提供精確的位置信息。這套系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，不僅可以有效改善DOT重建問題的病態(tài)特性，而且可以更準(zhǔn)確地提供關(guān)于腫瘤病變組織的定性、定位、定量的信息，完善了乳腺癌癥的早期功能影像診斷方式。但是針對現(xiàn)有的癌癥，特別是在乳腺癌檢測過程中，現(xiàn)有技術(shù)并沒有采用FDOT-DOT聯(lián)合成像測量的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種將高對比度的FDOT與反映功能信息的內(nèi)源性DOT相融合，最終達(dá)成在FDOT中熒光產(chǎn)率和熒光壽命同時(shí)重建，并提取出患病區(qū)域的目標(biāo)，進(jìn)而為下一步DOT中吸收系數(shù)和散射系數(shù)的重建提供精確位置信息的熒光―光學(xué)聯(lián)合斷層成像系統(tǒng)及測量方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種熒光―光學(xué)聯(lián)合斷層成像系統(tǒng)，包括光源模塊、測量模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊和計(jì)算機(jī)控制模塊；

所述光源模塊，用于產(chǎn)生不同波長的激發(fā)光，并將所述不同波長的激發(fā)光耦合成復(fù)合激發(fā)光，以串列工作方式進(jìn)行輸出；

所述測量模塊，用于放置成像目標(biāo)體、接收所述復(fù)合激發(fā)光、對所述成像目標(biāo)體分層進(jìn)行測量實(shí)現(xiàn)全三維掃描、散射出光子信號并將該光子信號轉(zhuǎn)換為脈沖電信號輸出；

所述數(shù)據(jù)采集處理模塊，用于接收所述脈沖電信號，進(jìn)行多維光子計(jì)數(shù)測量；