[發明專利]小動物腹腔鏡活體光學分子成像系統及方法

有效

• 申請號: 201410087600.6
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103799961A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 洪德飛;王立強;王知非
• 申請（專利權）人: 洪德飛;王立強;王知非
• 主分類號: A61B1/313
• 分類號: A61B1/313;A61B1/05
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 胡福恒

技術領域

本發明涉及光學分子成像技術領域，屬于一種小動物腹腔鏡活體光學分子成像系統及方法。?

背景技術

目前的所有光學活體成像設備都是在體外進行成像，但很多成像目標，例如很多原位移植瘤，都是在腹腔或者胸腔內，由于外面有胸壁和腹壁組織，所以無論何種探針和標記技術，光學信號(500–800nm)都會被組織吸收和散射，大約每穿過1cm的組織后會衰減約10倍。因此在深部組織的發光信號到體外就會變弱。雖然現有的小動物整體成像設備也在不斷推出新型號，以便更好收集捕捉到并清晰成像，最大程度消除背景噪聲，還有嘗試過在光學成像中還有基于熒光時長的成像，例如通過頻域（frequency?domain，FD)或者時域（time-domain，TD)成像，其優勢在于它不依賴于熒光團的濃度，可以提供一種根據熒光化學特性來測量熒光的方法。但由于頻率要求等問題，該系統很難用于小動物成像，其他的光學成像設備包括激光共聚焦成像，光學相干層析成像等，有的也與內鏡結合，雖然能很好成像組織結構，但工作距離短，而且都是僅僅能于對皮膚等淺表組織（300μm-500μm）深度的成像，無法對腹腔內實質臟器及深部組織成像。因此目前設備都無法解決在整體成像上光信號難以穿透腹壁胸壁組織并被吸收散射的問題，使體內的模型的成像會受到嚴重影響，成為體內深部組織光學分子成像無法逾越的障礙，這也是目前小動物活體光學成像的最難以解決的問題，也成為光學成像作為分子成像中一種成像模式的弱點，影響了其在生物醫學領域的應用。另外，目前國際上商品化的整體成像設備都是采用傳像光纖束，其最大優點是可以實現小尺寸、長工作距離的激光共聚焦內窺鏡，但光纖束固有的缺點限制了此類技術的發展。首先是光纖束的芯徑像素化結構嚴重降低了圖像的徑向分辨率，必須采用復雜的處理算法，才能較好地提高圖像分辨率。其次是芯徑之間薄的覆層會導致共聚焦掃描和成像時相鄰像素之間存在信號串擾，降低了圖像對比度。最后，光纖束在使用過程中斷絲率會逐步增加，而且無法修復，導致視野黑點越來越多，而且目前設備多采用單根光纖結合末梢MEMS掃描機構實現圖像中繼，為了獲得小尺寸的內窺鏡探頭尺寸，末梢MEMS器件的尺寸必須設計很小，而且工藝難度較大。因為?采用單根光纖則必須在內窺鏡探頭末端集成MEMS掃描器，當掃描性能較好時導致末端尺寸較大，而較小尺寸的MEMS掃描器性能較差。另一個主要問題是成像的速度較低（幀頻低于10f/s），實時性不夠。因為體內器官無法固定，且隨著小動物的呼吸及心跳會產生運動，由此帶來的運動模糊降低了圖像質量，影響了疾病的可靠診斷。?

激光共焦內窺術是最新發展起來的一項技術，可在腔鏡下全肝成像過程中進行組織的成像，無需取樣實現病理學診斷。通過靜脈注射熒光素作為對比劑，采用藍激光激發，觀察上皮組織的細胞形態。但現有技術尚需改進，以便利于肝病診斷。首先是光纖束作為傳像系統，最高密度為3萬根光纖像素，清晰度不夠，且信號之間存在串擾，降低了圖像對比度。其次是成像速度較慢，為1-2fps，在體診斷時運動模糊嚴重影響圖像質量。最后，小動物肝臟對藍光散射嚴重，導致成像深度不夠，且圖像的清晰度和對比度也進一步降低。?

發明內容

本發明的目的是提供一種小動物腹腔鏡活體光學分子成像系統及方法，它彌補上述三個缺點，首先是設計光組組合傳像系統，代替光纖束或單根光纖，將激光耦合進體內組織，并將熒光信號耦合至體外探測器，實現高清晰度成像，圖像分辨率接近衍射極限，相鄰像素無信號串擾，圖像對比度高；其次是采用DMD器件實現可編程對比度掃描功能，通過一次對比度調制的隨機柵格掃描成像與一次寬場照明成像，結合圖像融合算法，實時重建出體內器官圖像，成像速度達到15fps以上，消除由于小動物呼吸，心跳等變化而引起的圖像運動模糊，以及消除背景熒光的干擾，包括有自發熒光和焦面外熒光，并且獲得深度信息的熒光情況。?

為實現上述目的，本?發明采取以下技術方案：?

一種小動物腹腔鏡活體光學分子成像系統，它包括有包括氙燈、可編程對比度調制掃描器（DMD）、成像系統一（CCD-1）、成像系統二（CCD-2）、內窺成像光學系統、濾色轉盤一、濾色轉盤二、二色棱鏡轉盤一、二色棱鏡轉盤二、導光光纖束，其特征在于：在氙燈的前部設置濾色轉盤一，濾色轉盤一的前端設有耦合系統三（L3），該耦合系統三（L3）的前端設有導光光纖束，該導光光纖束前端設有二色鏡轉盤一，該導光光纖束正前端以24°的角度對著到可編程對比度調制掃描器（DMD）的數字微鏡器件，該可編程對比度調制掃描器（DMD）設置在內窺成像光學系統的正后方；?