[发明专利]激发荧光分子成像系统及一次荧光成像方法

说明书

技术领域

本发明属于分子成像技术领域，涉及光学成像理论、计算机图像处理技术、数学建模等学科知识的激发荧光成像系统及一次荧光成像方法。

背景技术

随着基因组学、蛋白组学和疾病基因组学的迅速发展，疾病的诊断正在从传统的疾病表征观察、常规的生化实验检测，发展到多种基因和分子水平的微观特征认识，其中利用分子成像技术可以从基因、蛋白质水平深刻认识疾病的发生、发展过程，能够实现现有微观分析所无法取代的整体、连续、无创的特异检测方法，生物在体分子成像理论及其技术将会提供全新的预防、诊断和治疗手段。与传统的医学成像技术相比较而言，分子成像学着眼于构成疾病或病变的基础变化和基因分子水平的异常，而不是对由基因分子改变所构成的最终结果进行成像。在特异的分子探针的帮助下，分子成像技术可以在细胞、基因和分子水平上实现生物体内部生理或病理过程的无创实时动态在体成像，从而为疾病相关基因功能定位、细胞生长发育和突变过程的作用机制、新药研发等研究提供详细的定性、定位、定量资料以及有效的信息获取和分析处理的手段。

激发荧光成像的原理可以描述为：当外源光照射到带有荧光团的生物组织上时，荧光团吸收光能使得电子跃迁到了激发态，电子从激发态回到基态的过程中会释放出荧光，该荧光较吸收的光向红端移动，即发射的荧光比吸收的外源光的能量低，荧光在组织体内传播并有一部分达到体表，从体表发出的荧光被探测器接收到，从而形成荧光图像。一般而言，荧光团发射出的荧光经过组织体散射，光的强度已经很弱，用肉眼很难观测到，因此需要在完全避光的暗箱中进行成像，并且要求探测器的灵敏度要高，通常利用一个低温制冷的高度灵敏的CCD相机来探测组织体表的荧光光子。CCD相机的另一个优势是空间分辨率较高。

目前，国外已经有成型激发荧光成像系统。这些系统大多只针对小动物的荧光成像，因此一般只可在垂直方向调节物距(探测器与被检测物体之间的距离)，而不能水平二维移动至被检测目标的中心，因此不能用于较大被检测目标的荧光成像，大大限制其应用。此外，由于白光图像和荧光图像的获取过程中，需要进行开闭白光灯、开闭激发光源、转动激发滤光轮和发射滤光轮等操作，以及荧光图像的分割、伪彩色添加、荧光和白光图像的叠加及结果保存等繁琐操作，增加了用户的负担。

发明内容

为了解决现有的激发荧光系统存在的问题，本发明的目的是提供一种激发荧光分子成像系统。

为了实现所述目的，本发明提供一种激发荧光分子成像系统，该系统的技术方案具有图像采集部和图像处理部；其中：图像采集部包括相机、镜头、镜头调节马达、发射滤光轮、多个发射滤光片、激发滤光轮、多个激发滤光片、光纤、激发光源、白光灯、载物台、暗箱、三个方向的电控平移台和控制器；相机的转接口与镜头的转接口连接，镜头的进光口与发射滤光轮的作用位连接，多个发射滤光片内嵌于发射滤光轮中；激发光源出口连接光纤的一端，光纤另一端与激发滤光轮的作用位连接，激发滤光片内嵌于激发滤光轮中；暗箱位于三个方向的电控平移台的上方且固定连接发射滤光轮、激发滤光轮和白光灯；载物台和被检测物体位于暗箱内部；载物台和被检测物体相对静止；三个方向的电控平移台的电机轴可在垂直方向和水平方向移动载物台，用以改变被检测物体与相机间的相对位置；控制器与相机、镜头调节马达、发射滤光轮、激发滤光轮、激发光源、白光灯、三个方向的电控平移台连接，通过控制镜头调节马达来改变镜头的焦距和光圈，通过控制发射滤光轮及激发滤光轮转动来分别切换发射滤光片和激发滤光片到作用位，控制激发光源和白光灯的开闭，控制三个方向的电控平移台的电机轴移动；图像处理部与图像采集部的相机连接，接收荧光图像和白光图像，并对荧光图像自动分割、伪彩色添加、自动分割区域的光子数统计处理，将处理后的荧光图像与白光图像叠加后得到的激发荧光分子的图像。

为了实现所述目的，本发明的第二方面，是提供一种使用激发荧光分子成像系统的一次荧光成像方法，该一次荧光成像包含以下步骤：

步骤S1：控制器通过控制三个方向的电控平移台的移动来改变相机与被检测物体的相对位置，并控制镜头调节马达改变镜头焦距和光圈的大小，实现相机对被检测物体多级视野大小的清晰成像；

步骤S2：控制器开启白光灯，并控制相机获取白光图像，白光图像反映被检测物体外形信息；

步骤S3：控制器转动发射滤光轮和激发滤光轮，分别选择实验需要的发射滤光片和激发滤光片；控制器开启激发光源，同时关闭白光灯；控制器控制相机获取荧光图像；控制器关闭激发光源；荧光图像反映被检测物体荧光光源的分布信息；