用于定量监测V-PDT剂量的多模光学成像系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于定量监测V‑PDT剂量的多模光学成像系统和方法。本发明专利技术采用

A Multimode Optical Imaging System for Quantitative Monitoring of V-PDT Dose

The invention discloses a multimode optical imaging system and system for quantitatively monitoring the dose of V PDT. The invention adopts

【技术实现步骤摘要】
用于定量监测V-PDT剂量的多模光学成像系统和方法
本专利技术属于多模光学成像领域，具体涉及一种用于定量监测V-PDT剂量的多模光学成像系统和方法。技术背景血管靶向光动力疗法(VascularTargetedPhotodynamicTherapy,V-PDT)作为PDT一个重要应用领域，其临床治疗病种主要包括恶性肿瘤(包括：膀胱癌、前列腺肿瘤等)，以及良性血管性疾病(包括：老年性眼底黄斑变性(Age-relatedmaculardegeneration,AMD)，鲜红斑痣(Portwinestain,PWS)和消化道黏膜血管性疾病等)。根据治疗时血管是否具有主动摄取光敏剂分子的能力，V-PDT作用机制可分为主动血管靶向与被动血管靶向作用机制。目前，临床V-PDT治疗主要为被动靶向作用机制，并已作为精准治疗血管性疾病的首选方法。其特点是在患者静脉注射给药后，光敏剂在血管内达到合适浓度潴留时对其进行激光辐照，此时血管内的光敏剂在光敏化过程中产生单线态氧(SingletOxygen，1O2)等活性氧物质，进而造成血管损伤。V-PDT血管损伤过程中会产生、释放、聚集或激活凝血酶，导致血凝、血栓和血管封闭等，引起病灶供氧和运养不足，最终导致细胞死亡和组织坏死。因此，V-PDT可通过激光辐照和光敏剂进行病灶血管的双重性选择，且当激光辐照剂量确定后，光敏剂在血管中的潴留浓度，将直接决定血管中1O2的产量，进而影响V-PDT疗效。随着V-PDT临床治疗病种的拓展和基础研究的深入，如何针对不同适应证(皮肤血管疾病、粘膜血管疾病等)的特点，研究增强V-PDT效应(精度、强度和深度)的调控方法是V-PDT面临的核心难题。首先，V-PDT作用精度取决于靶血管与周围正常组织内1O2产量的差异，而光敏剂的空间分布是影响1O2产量空间分布的关键因素之一。照光前，需根据光敏剂的药代规律、调整给药-照光时间间隔，促使光敏剂在靶血管内外形成最大的浓度差。照光过程中，光与光敏剂在靶组织内不同位点的复杂相互作用又会进一步动态影响光敏剂在靶血管内外的浓度差。如，照光强度、波长等光照参数会影响靶血管内光敏剂的动态消耗；光敏剂的光漂白速率、扩散速率等会影响光敏剂在周围正常组织内的消耗与补充。其次，V-PDT作用强度取决于光敏剂的单线态氧量子产率、光敏剂在激发波长处的摩尔消光系数、组织内的光强、光敏剂含量及氧含量水平。最后，V-PDT作用深度主要取决于光照参数和病变组织的光学特性。调整激光波长或在不造成热损伤的光强范围内增加照射强度可以提高光的穿透深度，但同时会影响V-PDT作用强度和光敏剂的光漂白速度。因此，增强V-PDT效应的关键在于：如何精确量化V-PDT剂量(光敏剂浓度、1O2产量等)，实时监测V-PDT效应，准确判定病变靶血管特性，合理调控V-PDT参数等。传统PDT剂量研究方面，其主要方法有：(1)显式剂量法：该方法通过直接测量潴留在靶组织中的光敏剂浓度，光通量密度和组织氧分压，并借助一定的数学模型推算出治疗所需剂量。在这种剂量法中，虽然测量光通量密度、光敏剂浓度和氧分压的技术比较简单，且技术也日趋成熟，但由于光敏剂、光和氧分子，以及组织光学特性之间的复杂相互影响关系，尚无法通过对其中某个剂量的单独测量来定量评估PDT剂量和预测疗效。(2)隐式剂量法：通过检测光敏剂的光漂白特性来间接评估所产生的1O2量，即PDT对靶组织的光动力作用剂量。但在没有1O2介导的缺氧条件下，光敏剂也会产生光漂白，此时该方法不再有效。(3)生物学剂量法：利用非光学技术和光学技术监测PDT前后组织的光生物学响应，该方法既可以在线实时检测，也能完成愈后疗效评估。但对于实时监测，检测结果往往只能反映PDT过程中的瞬时变化，而难以根据这些变化定量预测PDT的最终疗效。与此同时，还有可能无法检测出组织所发生的许多潜在生物学响应。(4)直接剂量法：直接剂量法通过测量具有细胞毒性的1O2，特别是1O2在1270nm的辐射发光来评估PDT的疗效。这种方法的最大优点在于可以克服其他剂量学方法中光、光敏剂、氧分子，以及组织特性等因素之间的相互复杂影响关系，将PDT的疗效与1O2的产量直接联系起来。然而受限于1O2发光机率极为微弱(～10-8)，生物组织中1O2寿命短(<1μs)，近红外检测器件的量子探测效率低等原因，直接计量法在PDT剂量监测中面临1O2发光信号探测灵敏度低的限制。因而，鉴于现有各种PDT剂量研究方法的优点和局限性，利用多模光学成像技术建立综合剂量监测、定量评估和调控的技术平台已成为精确量化V-PDT剂量的必然方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种用于定量监测V-PDT剂量的多模光学成像系统和方法。一种用于定量监测V-PDT剂量的多模光学成像系统，该系统包括多模光学激光辐照模块、第二平面反射镜、待测样品、第三平面反射镜、多模光学成像模块、图像处理系统和信号控制器。从多模光学激光辐照模块出射的混合激光辐照光，经过第二平面反射镜反射后斜入射进待测样品；待测样品血管中的凝血酶可激活信标经过辐照光辐照后发生一系列的物理化学反应，产生的1O2发光、光敏剂受体荧光和标记分子供体荧光经过第三平面反射镜反射后进入多模光学成像模块；多模光学成像模块采集得到的1O2发光图像、光敏剂受体荧光图像和标记分子供体荧光图像通过图像采集信号线传入图像处理系统进行后续图像算法处理。此外，为了有效控制多模光学激光辐照模块辐照光和多模光学成像模块中相机图像采集之间的辐照-采集间隔，图像处理系统通过控制信号线连接信号控制器、多模光学辐照模块中的第一光快门和第二光快门、多模光学成像模块中的近红外面阵相机、第一可见光面阵相机和第二可见光面阵相机。所述多模光学激光辐照模块包括:第一激光器、第二激光器、第一光快门、第二光快门、第一可变中性密度滤光片、第二可变中性密度滤光片、第一平面反射镜、第一二向色镜、第一消色差透镜、针孔、第二消色差透镜；第一激光器发射的光敏剂受体激发辐照光经过第一光快门、第一可变中性密度滤光片后，得到的第一光束穿过第一二向色镜；第二激光器发射的标记分子供体激发辐照光经过第二光快门、第二可变中性密度滤光片、第一平面反射镜后，得到的第二光束通过第一二向色镜反射后的光与第一光束穿过第一二向色镜的光重合，并经由第一消色差透镜、针孔以及第二消色差透镜组成的空间滤波扩束系统后，从多模光学激光辐照模块中扩束射出混合激光辐照光。所述多模光学成像模块包括：第二二向色镜、第三二向色镜、带滤光片的近红外透镜组、近红外面阵相机、第一带滤光片的可见光光学透镜组、第一可见光面阵相机、第二带滤光片的可见光光学透镜组、第二可见光面阵相机；待测样品血管中的1O2发的光经由第二二向色镜反射后，通过带滤光片的近红外透镜组聚焦成像于近红外面阵相机的靶面上；待测样品血管中的光敏剂受体荧光透过第二二向色镜、第三二向色镜后，通过第二带滤光片的可见光光学透镜组聚焦成像于第二可见光面阵相机的靶面上；待测样品血管中的标记分子供体荧光透过第二二向色镜后，由第三二向色镜反射再通过第一带滤光片的可见光光学透镜组聚焦成像于第一可见光面阵相机的靶面上；近红外面阵相机、第一可见光面阵相机和第二可见光面阵相机各自经过最优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于定量监测V‑PDT剂量的多模光学成像系统，该系统包括多模光学激光辐照模块、第二平面反射镜、待测样品、第三平面反射镜、多模光学成像模块、图像处理系统和信号控制器；从多模光学激光辐照模块出射的混合激光辐照光，经过第二平面反射镜反射后斜入射进待测样品；待测样品血管中的凝血酶激活信标经过辐照光辐照后发生一系列的物理化学反应，产生的

【技术特征摘要】
1.用于定量监测V-PDT剂量的多模光学成像系统，该系统包括多模光学激光辐照模块、第二平面反射镜、待测样品、第三平面反射镜、多模光学成像模块、图像处理系统和信号控制器；从多模光学激光辐照模块出射的混合激光辐照光，经过第二平面反射镜反射后斜入射进待测样品；待测样品血管中的凝血酶激活信标经过辐照光辐照后发生一系列的物理化学反应，产生的1O2发光、光敏剂受体荧光和标记分子供体荧光经过第三平面反射镜反射后进入多模光学成像模块；多模光学成像模块采集得到的1O2发光图像、光敏剂受体荧光图像和标记分子供体荧光图像通过图像采集信号线传入图像处理系统进行后续图像算法处理；此外，为了有效控制多模光学激光辐照模块辐照光和多模光学成像模块中相机图像采集之间的辐照-采集间隔，图像处理系统通过控制信号线连接信号控制器、多模光学辐照模块中的第一光快门和第二光快门、多模光学成像模块中的近红外面阵相机、第一可见光面阵相机和第二可见光面阵相机。2.如权利要求1所述的用于定量监测V-PDT剂量的多模光学成像系统，其特征在于：所述多模光学激光辐照模块包括:第一激光器、第二激光器、第一光快门、第二光快门、第一可变中性密度滤光片、第二可变中性密度滤光片、第一平面反射镜、第一二向色镜、第一消色差透镜、针孔、第二消色差透镜；第一激光器发射的光敏剂受体激发辐照光经过第一光快门、第一可变中性密度滤光片后，得到的第一光束穿过第一二向色镜；第二激光器发射的标记分子供体激发辐照光经过第二光快门、第二可变中性密度滤光片、第一平面反射镜后，得到的第二光束通过第一二向色镜反射后的光与第一光束穿过第一二向色镜的光重合，并经由第一消色差透镜、针孔以及第二消色差透镜组成的空间滤波扩束系统后，从多模光学激光辐照模块中扩束射出混合激光辐照光。3.如权利要求1所述的用于定量监测V-PDT剂量的多模光学成像系统，其特征在于，所述多模光学成像模块包括：第二二向色镜、第三二向色镜、带滤光片的近红外透镜组、近红外面阵相机、第一带滤光片的可见光光学透镜组、第一可见光面阵相机、第二带滤光片的可见光光学透镜组、第二可见光面阵相机；待测样品血管中的1O2发的光经由第二二向色镜反射后，通过带滤光片的近红外透镜组聚焦成像于近红外面阵相机的靶面上；待测样品血管中的光敏剂受体荧光透过第二二向色镜、第三二向色镜后，通过第二带滤光片的可见光光学透镜组聚焦成像于第二可见光面阵相机的靶面上；待测样品血管中的标记分子供体荧光透过第二二向色镜后，由第三二向色镜反射再通过第一带滤光片的可见光光学透镜组聚焦成像于第一可见光面阵相机的靶面上；近红外面阵相机、第一可见光面阵相机和第二可见光面阵相机各自经过最优的曝光时间后把光信号转换为电信号，并经由图像采集信号线传输进入图像处理系统进行后续的图像算法处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李步洪，沈毅，林慧韫，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35