本发明专利技术涉及小动物成像领域。为解决现有技术图像分辨率低和图像获取时间较长的缺陷，发展光子计数型动态扩散荧光层析成像系统，使系统具有较高的灵敏度与图像分辨率，并以其快速的测量时间实现动态扩散荧光断层成像。为达到上述目的，本发明专利技术采取的技术方案是，光子计数型动态扩散荧光断层成像方法及装置，包括：用于激发荧光的光源系统；用于固定和移动被测体的成像腔系统；用于探测通路切换的光开关；用于滤除激发光信号的滤光系统；用于探测光信号的的检测系统；用于集成控制包括衰减器、光开关、马达驱动滤光轮、光电倍增管、光子计数模块各模块及图像重建的计算机。本发明专利技术主要应用于小动物成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及小动物成像领域，尤其是面向小动物断层成像的稳态扩散荧光断层成像系统，具体涉及光子计数型动态扩散荧光断层成像方法及装置。
技术介绍
扩散光学断层成像(diffuse optical tomography, DOT)是一种基于组织体生化功能信息的无创检测技术，其对于高散射的器官组织可利用扩散光承载的信息实现厘米级厚度的探测。为了实现较为深层组织的探测，常使用600nm-900nm波长的近红外光作为光源，被称为测量和治疗的光学窗口(OTR window) 0扩散荧光断层成像(Diffuse Fluorescence tomography,DFT)是光学断层成像的扩展和延伸，它不仅可以重建出组织吸收和散射系数的分布，还可以求得荧光产额和寿命。简言之，DFT就是以合适的荧光探针作为标记物或对比剂，用特定波长的光激发荧光染料，使其吸收入射光产生能级跃迁，经过特定的时间会衰减回基态，并发出荧光。通过测量媒质边界处有限点的荧光强度，考虑光子传播散射特性，来重建出组织内部的荧光光学特性的分布图像。扩散荧光断层成像由于荧光对比剂的引入大大改善了所成图像的对比度，从而大大提高了早期诊断的准确性。这种成像方式由于其没有放射性损伤，非常适合在体(in vivo)测量，应用领域十分广阔，包括乳腺癌和睾丸畸形的检测，对大脑皮层进行研究，药代动力学等。目前，一般的影像学所揭示的是疾病发展过程中较晚期的结构变化。荧光扩散层析成像可以早期检测和揭示疾病，有利于疾病的早期诊断及治疗。DFT特别适合基于小动物病理模型的生物医学基础研究。DFT 的测量模式有时域(Time Domain, TD)、频域(Frequency Domain, FD)和连续波(Continuous Wave, CW)三种。其中，FD系统采用高频调制的CW激光作为光源，检测组织体表面其它点溢出光流的强度以及相对于输入光信号的相移和调制深度。组织体的光学参数的变化所能够引起的相位角变化是很小的，用相位作为测量量需要仪器的测量精度较高，价格昂贵。而且由于测量主要是通过高频调制实现的，在技术上有相当难度，且系统易受噪声影响。TD测量系统采用超短激光脉冲作为光源，该光源通过传输光纤入射到待测组织体，由于强度散射效应，表面其他点的输出光流作为时间展宽信号，称为时间点扩展函数 (Temporal Point Spread Function, TPSF)。TD方式虽然可以实现较高的功能和指标，但是相关仪器设备较为昂贵，相关技术方法较为复杂，获取数据时间较长。连续波即稳态测量模式设备体积小，价格较低，图像重建的方法较为简单和成熟。另外，由于稳态测量模式获取数据的速度快，在体测量时可以实现实时动态测量，尤其对于药代动力学和快变化生理信息获取等研究有较大意义，临床应用前景广阔W，7，8]。对于扩散荧光断层成像，由于荧光信号比较微弱，CCD技术需要较长的积分时间才可以获得较好的信噪比；离散多通道测量技术虽然测试时间较短但空间采样密度低，图像分辨率不高。徐可欣，高峰，赵会娟.生物医学光子学.北京科学出版社，2007. 41-58.Schulz RB, Ripoll J, Ntziachristos V.Experimental fluorescence tomopgraphy of tissues noncontact measurements. IEEE Trans Med Imaging,2004, 23(4) :492-500. Edward E, Graves, Ripoll J, et al. A submi 11 imeter resolution fluorescence molecular imaging system for small animal imaging. Med. Phys,2003, 30(5) :901-911.宋晓磊，白净.近红外荧光散射断层成像的研究进展.国外医学生物医学工程分册，2005, ) :70-75.朱新建，宋小磊，汪待发.荧光分子断层成像系统的研究进展与比较.中国医疗器械杂志，2008，32(1) 1-6. Zhao H J, Gao F, Tanikawa Y, et al. Anatomical and functional images of in vitro and in vivo tissues by NIR time-domain diffuse optical tomography. Jsme International Journal Series C-Mechanical Systems Machine Elements and Manufacturing, 2002,45(4) 1033—1039. Becker W. Advanced time-correlated single photon counting techniques. Berlin :Springer, 2005. 256-280.Feng Gao, Jiao Li, Limin Zhang,et al. Simultaneous fluorescence yield and lifetime tomography from time-resolved transmittances of small-animal-sized phantom. Applied Optics,2010,49(16) :3163-3172.
技术实现思路
本专利技术旨在解决克服现有技术的不足，解决现有技术图像分辨率低和图像获取时间较长的缺陷，发展光子计数型动态扩散荧光层析成像系统，使系统具有较高的灵敏度与图像分辨率，并以其快速的测量时间实现动态扩散荧光断层成像。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是，光子计数型动态扩散荧光断层成像装置，包括用于激发荧光的光源系统，包括不同波长的连续波光源，使用600nm-900nm波长的近红外光波段，根据不同的荧光剂的激发波段来选取光源波长；用于调节光源输出功率的衰减器；另外还包括光源系统到成像腔系统的入射光纤和准直入射光源的准直器；用于固定和移动被测体的成像腔系统包括固定被测体的透明成像腔，固定准直器和探测光纤的光纤架，旋转成像腔的电动旋转台，上下移动成像腔的电动升降台；用于探测通路切换的光开关，以及收集成像腔出射光的相应探测光纤，探测光纤输出到光开关；用于滤除激发光信号的滤光系统，包括承装不同型号滤光片的马达驱动滤光轮， 准直来自光开关输出的入射光的准直器和不同型号的滤光片，滤光片型号根据不同荧光剂的激发波长和发射波长来选取；用于探测光信号的的检测系统，包括光电探测器PMT即光电倍增管和光子计数模块；用于集成控制包括衰减器、光开关、马达驱动滤光轮、光电倍增管、光子计数模块各模块及图像重建的计算机。光子计数模块采用32位计数器，能同时探测较强的激发光信号和微弱的荧光信号，不会达到计数饱和或溢出，实现宽测量范围。光子计数模块的计数门宽程控可调，可以根据实际测量信号强度选择合适门宽。借助于前述光子计数型动态扩散荧光断层成像装置实现，具体包括下列步骤将被测体轻微挤压垂直放入成像腔中，使用光学匹配液填充间隙，使光源发出的入射本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，王欣，李娇，马文娟，赵会娟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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