本发明专利技术属于临床医学诊断技术领域，涉及一种基于双波长锁相技术的动态漫射光层析成像测量装置，包括光源部分、成像腔、检测部分、计算机控制及数据处理系统，其成像腔通过管道与泵和储液箱形成回路，储液箱用于存放脂肪乳，采用面向圆柱形几何结构的分层测量模式；检测部分包括：探测光纤，光纤光开关、准直器、滤光轮和PMT光子计数头，经由光开关输出的4通道的探测光，通过准直器后耦合到滤波轮；滤波轮设有全透的孔，也放置有滤光片组；4通道可变选通光子计数锁相检测模块用于将各个通道的复合出射光进行数字锁相解复用的分离提取，得到对应不同波长的激发光或荧光的光强信息。本发明专利技术能够获得功能型乳腺光学成像较高的定位和量化精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于临床医学诊断
，具体涉及一种基于双波长锁相技术的动态漫射光层析成像系统。
技术介绍
乳腺癌是当前全世界妇女的第一大“杀手”，且发病呈年轻化趋势。当乳腺肿瘤直径由5mm增加到25mm时，手术的成活率将由95%下降到75%，因此降低死亡率的一个关键措施是实现早期诊断。自建立了近红外光谱技术以来，光学成像技术在生物组织在体成像应用上得到了迅速发展。在此物理基础上建立的扩散光学层析技术(Diffuse Optical Tomography, DOT) 可以获得组织体深部与疾病血样指标密切相关的光学参数(吸收系数、散射系数)三维定量信息。但由于血氧DOT受限于正常和病变组织之间过于低的对比度(约2. 5倍)、组织的强散射效应和复杂的背景光学结构，其诊断的灵敏度和特异性都尚未达到临床诊断的要求。荧光扩散光学层析技术(Fluorescence D0T，FD0T)是在DOT基础上发展出来的基于荧光信号检测的外对比度增强技术，研究表明当向体内注入荧光剂后，由于肿瘤组织的血管化(血管新生)特征，导致其相对于正常组织具有更大的荧光吸收速度和更慢的荧光剂排泄率，即具有更大的荧光剂聚集度，从而使荧光对比度相对于内源性血氧DOT增强2-4 倍。当用适当波长的激发光照射时，该光在组织体内传输并达到反映肿瘤特征的荧光剂聚集处，在体外对荧光进行检测并遵循漫射光层析图像重建的一般原理，可反演出荧光剂的分布，实现对肿瘤进行准确定位乃至定性。除此之外，发展动态FDOT可以进一步获取乳腺组织中ICG药代学参数图像，而研究表明ICG动力学参数可提供区分癌变组织和正常组织的有效信息。目前针对早期乳腺癌诊断的光学方法研究中，大多研究仅对组织体的光学特性或荧光特性的成像。荧光特性成像虽具有特异性、灵敏性方面的优点，能准确获取肿瘤位置信息，但无法获得用于判别组织良恶程度的本征生理特征；D0T图像能够得到组织体的本征生理特征，但灵敏度和特异性较差。而将高对比度的FDOT与本征的血氧DOT相融合已经成为乳腺光学影像技术发展的一个重要趋势，不仅可以有效改善光学层析成像逆向问题的病态性，而且可以更准确地提供关于病灶的定性、定位、定量的信息。光学测量系统根据激励光源可分为三种测量模式时间分辨测量、频域测量和连续光测量。一篇已发表的论文基于多通道时间相关单光子技术搭建了时域荧光乳腺层析系统，然而由于其所用超短脉冲光源多为实验用系统，限制了普通激光器等单波长光源在该模式下的应用，增加了成本，难以真正投入临床使用。且由于积分时间的影响，使得时间分辨测量模式在快生理信号变换检测方面没有优势。本专利技术所用的连续光测量模式相对简单、设备便宜、易于小型化，测量时间短，是目前最具临床应用前景的组织光学特性无创检测技术之一 。尤其是在动态测量中，可通过一定的刷新频率连续获取测量数据并进行成像，从而实时反映成像腔内相对于预定基准的变化情况。本专利技术在已有数字锁相解复用的多通道单光子计数测量系统的基础上，搭建起可连续动态测量的荧光-光学双模态乳腺断层成像系统。参考文献,许振玉，早期乳腺癌的诊断体会，中国全科医学，2006，8 :654-655 ;.B. J. Tromberg et al, Optical Tomography and Spectroscopy of Tissue VIII (Bi0S2009)，Proc. SPIE 7174，2009 ；. J. Lippincott-Schwartz et al, “Development and use of fluorescent protein markers in living cells,，，Science 2003,300:87-91;. V. Ntziachristos et al,“Experimental three-dimensional fluorescence reconstruction of diffuse media using a normalized Born approximation,，，Opt. Lett. 2001,26 :893-5 ；.ff.Zhang et al, A time-domain fluorescence diffusion optical tomography system for breast tumor diagnosis. Proc. SPIE 789619,2011 ；. N. Ducros et al. Continuous Wave and Time-Resolved Fluorescence Diffuse Optical Tomography Comparison for different Lifetimes and Optical Properties. 0SA/BI0MED/DH/LACSEA,2008 ；,高峰，赵会娟，候少华.基于数字锁相解复用的多通道单光子计数测量系统 ,中国专利:101832815,2010-09-15.
技术实现思路
为克服现有DOT技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于锁相光子计数测量的动态荧光-光学乳腺断层成像系统，在满足动态测量功能和多成像模态融合的基础上，实现乳腺组织ICG荧光和双波长下的光学参数能够快速、实时、无创在体三维测量。该测量系统兼顾了 FDOT的特异性、灵敏性的优点，以及DOT获取乳腺组织的本征生理参数的特点，可获得功能型乳腺光学成像较高的定位和量化精度。一种基于双波长锁相技术的动态漫射光层析成像测量装置，包括光源部分、成像腔、检测部分、计算机控制及数据处理系统，其中，光源部分包括双通道半导体激光驱动器、双通道直接数字合成正弦信号调制器模块、双波长波分复用器和光纤光开关，双通道直接数字合成正弦信号调制器模块，同步产生频率分别为和f2的数字正余弦正交信号，产生的数字正余弦正交信号传送至检测部分的4通道可变选通光子计数锁相检测模块，作为数字锁相解复用的参考正交信号，同时将4 和f2的数字正余弦正交信号转换成模拟信号，经过低通滤波后生成对双通道半导体激光驱动器进行振幅调节的调制信号；双通道半导体激光驱动器在双通道直接数字合成正弦信号调制器模块的调制下产生的两个特定波长的近红外激发光，经过双波长波分复用器耦合到一束光纤中，形成复合光，经由I X 32的光纤光开关将复合光分别导入32路源光纤中，源光纤的另一端分布于成像腔表面；成像腔部分成像腔通过管道与泵和储液箱形成回路，储液箱用于存放脂肪乳，采用面向圆柱形几何结构的分层测量模式，共4个检测平面，每个平面均匀分布8对同轴源光纤和探测光纤，实现对出射光的三维测量。检测部分包括探测光纤，4组8X I光纤光开关、准直器、滤光轮和PMT光子计数头，4组8X I光开关实现4通道为一组8次时分复用的32路探测通道分时检测，经由4组 8X1光开关输出的4通道的探测光，通过准直器后耦合到滤波轮；滤波轮设有全透的孔，也放置有可实现激发光的滤除以及光强的衰减的滤光片组；PMT光子计数头将经滤光轮出射的荧光或激发光转变为电脉冲；4通道可变选通光子计数锁相检测模块用于将各个通道的复合出射光进行数字锁相解复用的分离提取，得到对应不同波长的激发光或荧光的光强信肩、O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，易茜，陈玮婷，刘明，李娇，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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