[發(fā)明專利]一種結(jié)合X-ray和熒光的多模態(tài)斷層成像系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510213568.6
• 申請(qǐng)日: 2015-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN104939858B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪待發(fā);賀進(jìn);李德玉;樊瑜波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B6/03
• 分類號(hào): A61B6/03;A61B6/04
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種結(jié)合X-ray和熒光的多模態(tài)斷層成像系統(tǒng)，其特征在于：包括推拉式載物平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)鏡模塊、二維激光掃描模塊、透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床、X-ray 成像系統(tǒng)與光學(xué)采集模塊；

其中，推拉式載物平臺(tái)上安裝有透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床，實(shí)現(xiàn)透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床在水平方向上的平移運(yùn)動(dòng)；透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床用來放置成像物體，實(shí)現(xiàn)成像物體周向上的旋轉(zhuǎn)；

所述旋轉(zhuǎn)鏡模塊包括左部旋轉(zhuǎn)鏡模塊與右部旋轉(zhuǎn)鏡模塊；左部旋轉(zhuǎn)鏡模塊與右部旋轉(zhuǎn)鏡模塊均包括轉(zhuǎn)輪支架、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸、同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B與兩塊反射鏡；其中，轉(zhuǎn)輪支架上通過軸承安裝有轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸為筒狀結(jié)構(gòu)，用作推拉式載物平臺(tái)平移的通道；轉(zhuǎn)盤固定在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸端部；位于同一旋轉(zhuǎn)鏡模塊的反射鏡為兩塊，安裝轉(zhuǎn)輪支架一側(cè)，分別通過反射鏡固定件安裝在轉(zhuǎn)盤上，使位于同一旋轉(zhuǎn)鏡模塊的兩塊反射鏡，鏡面相對(duì)，相互平行，與水平面形成夾角；同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B用來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩塊反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)；

上述左部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸作為推拉式載物平臺(tái)平移的通道；且轉(zhuǎn)輪支架底端設(shè)計(jì)一體機(jī)構(gòu)的凸臺(tái)，用來安裝推拉式載物平臺(tái)；右部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中兩個(gè)反射鏡與左部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中的兩個(gè)反射鏡相對(duì)設(shè)置；同時(shí)，左部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中的轉(zhuǎn)盤上還安裝有掃描架，用來安裝二維激光掃描模塊；所述左部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中位于上方的反射鏡豎直位置高于右部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中位于上方的反射鏡；

所述二維激光掃描模塊由兩組正交的一維線性導(dǎo)軌構(gòu)成，包括一條x導(dǎo)軌、兩條y導(dǎo)軌與一根激光筆；其中，x導(dǎo)軌兩端分別與兩條y導(dǎo)軌上的掃描模塊導(dǎo)軌滑塊相連；x導(dǎo)軌的掃描模塊導(dǎo)軌滑塊上安裝有激光筆；x導(dǎo)軌與兩條y導(dǎo)軌分別通過同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)C驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光筆在二維平面內(nèi)的掃描；而激光筆發(fā)射的光束由左部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中上方的反射鏡反射后，到達(dá)成像物體，實(shí)現(xiàn)成像物體的二維掃描；成像物體發(fā)出的光依次經(jīng)過左部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中下方的反射鏡、右部旋轉(zhuǎn)鏡模塊下方的反射鏡以及右部旋轉(zhuǎn)鏡模塊上方的反射鏡后，通過右部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸通孔進(jìn)入光學(xué)采集模塊；

所述的X-ray 成像系統(tǒng)包括X射線源、X射線平板探測(cè)器；其中，X射線源與X射線平板探測(cè)器分別通過支架支撐，位于透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床兩側(cè)；使X射線源的發(fā)射端朝向X射線平板探測(cè)器；光學(xué)采集模塊通過支架支撐，使光學(xué)采集模塊鏡頭正對(duì)右部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸通孔；并使X射線源射出的X-ray進(jìn)入成像物體所激發(fā)的熒光信號(hào)可由光學(xué)采集模塊進(jìn)行采集；

所述推拉式載物平臺(tái)包括支座、支撐板、T型材支撐件、導(dǎo)軌、載物平臺(tái)導(dǎo)軌滑塊、同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A、平板連接件與平移臺(tái)平板；其中，支座上安裝有水平設(shè)置的支撐板，支撐板上表面安裝有T型材支撐件；T型材支撐件上安裝有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝有載物平臺(tái)導(dǎo)軌滑塊，載物平臺(tái)導(dǎo)軌滑塊沿導(dǎo)軌的滑動(dòng)通過同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A驅(qū)動(dòng)；所述同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A中，一個(gè)同步帶輪A固定安裝在步進(jìn)電機(jī)A輸出軸上，步進(jìn)電機(jī)A安裝在導(dǎo)軌一端；另一個(gè)同步帶輪A通過固定件安裝在導(dǎo)軌另一端；兩個(gè)同步帶輪A間通過同步帶A實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)；且將載物平臺(tái)導(dǎo)軌滑塊與同步帶A間通過連接件緊固；載物平臺(tái)導(dǎo)軌滑塊上安裝有平板連接件，平板連接件用來安裝水平設(shè)置的平移臺(tái)平板，平移臺(tái)平板上開有安裝孔，用來安裝透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床；

所述的透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床用來承載成像物體，包括透明圓盤、軸承齒輪、外齒輪與步進(jìn)電機(jī)D；其中，軸承齒輪外圈固定安裝在推拉式載物平臺(tái)中平移臺(tái)平板上的安裝孔內(nèi)，軸承齒輪內(nèi)圈與外齒輪嚙合；外齒輪安裝在步進(jìn)電機(jī)D的輸出軸上，步進(jìn)電機(jī)D通過安裝在平移臺(tái)平板底面上的電機(jī)支架支撐；軸承齒輪上有安裝孔，玻璃材質(zhì)的透明圓盤通過安裝孔與軸承齒輪固定。

2.基于權(quán)利要求1所述一種結(jié)合X-ray和熒光的多模態(tài)斷層成像系統(tǒng)的X-ray熒光斷層成像和熒光分子斷層成像方法，其特征在于：具體實(shí)現(xiàn)方式如下：

對(duì)于熒光分子斷層成像：

步驟一、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備；

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的內(nèi)容包括準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用成像物體，并在成像物體內(nèi)包埋熒光分子探針，將成像物體固定設(shè)置在透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床上；隨后開啟多模態(tài)斷層成像系統(tǒng)，預(yù)熱5分鐘；

步驟二、白光輪廓獲取成像，得到成像物體的三維輪廓；

打開外部白光光源，在上位機(jī)中設(shè)置進(jìn)行白光成像的相關(guān)參數(shù)；且根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)定X-ray斷層成像配置文件和熒光分子斷層成像配置文件；

步驟三、進(jìn)行熒光成像；

在上位機(jī)中導(dǎo)入熒光分子斷層成像配置文件，并由上位機(jī)控制推拉式載物平臺(tái)平移，使成像物體位于左部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中上方反射鏡與下方反射鏡之間；上位機(jī)軟件根據(jù)熒光分子斷層成像配置文件，控制旋轉(zhuǎn)鏡模塊運(yùn)行角度α；隨后上位機(jī)控制二維激光掃描模塊，按照實(shí)驗(yàn)要求的掃描方式，帶動(dòng)激光筆在二維方向運(yùn)行，使激光光束通過左部旋轉(zhuǎn)鏡模塊中上方反射鏡，到達(dá)位于推拉式載物平臺(tái)上的成像物體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)成像物體的二維掃描；通過上位機(jī)控制旋轉(zhuǎn)鏡模塊運(yùn)行不同角度，完成不同角度的二維激光掃描，最終實(shí)現(xiàn)成像物體的全角度掃描；熒光成像完成以后，關(guān)閉光學(xué)采集模塊、旋轉(zhuǎn)鏡模塊與二維激光掃描模塊；

步驟四、進(jìn)行X-ray斷層成像；

通過上位機(jī)控制推拉式載物平臺(tái)平移，使成像物體置于X射線源與X射線平板探測(cè)器之間；隨后，打開X射線源與X射線平板探測(cè)器；由上位機(jī)根據(jù)X-ray斷層成像配置文件，驅(qū)動(dòng)透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床按照實(shí)驗(yàn)要求的方式旋轉(zhuǎn)；同時(shí)X射線源發(fā)射X-ray，穿透成像物體，被X射線平板探測(cè)器采集得到，得到X射線投影圖像；完成X-ray斷層成像后，關(guān)閉X射線源與X射線平板探測(cè)器；

步驟五、成像完成，關(guān)閉多模態(tài)斷層成像系統(tǒng)；

對(duì)于X-ray熒光斷層成像，其步驟如下：

步驟一、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備；

準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用成像物體，并在成像物體內(nèi)包埋探針，將成像物體固定設(shè)置在透光的旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床上；隨后開啟多模態(tài)斷層成像系統(tǒng)，預(yù)熱5分鐘；

步驟二、白光輪廓獲取成像，得到成像物體的三維輪廓；

打開外部白光光源，在上位機(jī)中設(shè)置進(jìn)行白光成像的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)定X-ray熒光斷層成像配置文件；

步驟三、進(jìn)行X-ray熒光斷層成像；

在上位機(jī)中導(dǎo)入X-ray熒光斷層成像配置文件，通過上位機(jī)控制推拉式載物平臺(tái)平移，使成像物體置于X射線源與X射線平板探測(cè)器之間；隨后，打開X射線源；由上位機(jī)根據(jù)X-ray熒光斷層成像配置文件，驅(qū)動(dòng)透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床按照實(shí)驗(yàn)要求旋轉(zhuǎn)到不同角度；在每一X-ray投影角度下，X射線源發(fā)射X-ray，激發(fā)成像物體發(fā)射熒光；在同一個(gè)X-ray投影角度下，通過上位機(jī)控制旋轉(zhuǎn)鏡模塊根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求運(yùn)行不同角度，采集多個(gè)角度的熒光信號(hào)，由此完成X-ray熒光斷層成像；隨后，關(guān)閉光學(xué)采集模塊、旋轉(zhuǎn)鏡模塊、X射線源模塊與透光旋轉(zhuǎn)動(dòng)物床；

步驟四、成像完成，關(guān)閉多模態(tài)斷層成像系統(tǒng)。