[发明专利]一种多光学信息同步检测的双参数荧光分子断层成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于荧光分子断层成像技术领域，具体涉及一种多光学信息同步检测的双参数荧光分子断层成像装置及方法。

背景技术

在活体荧光成像中，特异性的荧光分子探针被用来标记小动物体内的细胞和分子。通过激发光激发这些荧光分子探针发出荧光，并在表面检测出射的荧光光子，可以得到与特定生物活动关联的信息。在各种活体荧光成像方法中，荧光分子断层成像(Fluorescence moleculartomography，FMT)技术考虑了光子在生物组织中漫射传播的数学模型，能够从表面探测到的荧光光子重建出荧光探针在小动物内部的三维分布等参数。这些定量化参数为生物和医学研究提供了重要的定量评价信息，可用于观察肿瘤的发展过程、评估药物对疾病的疗效、观察功能分子的相互作用、发现新的药物作用靶点等。

双参数荧光分子断层成像可同时获取荧光探针的荧光浓度和荧光寿命的三维分布，相对于只获取荧光浓度图像的单参数荧光分子断层成像可提供更多有价值的评价信息。M.Brambilla等提出了一种可同时检测反射和透射信号的双参数荧光分子断层成像装置(Time-resolved scanning system for double reflectance and transmittance fluorescence imaging of diffusive

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种多光学信息同步检测的双参数荧光分子断层成像装置及方法。本发明利用CCD相机密集空间采样光学信号的强度信息，并在部分检测点利用单光子计数光电倍增管同步采集光学信号的飞行时间曲线信息，可在较短的成像时间内获取较多的双参数成像所需的信息，提高双参数成像的时空分辨率。本发明利用伪随机编码的激发光获取飞行时间曲线信息，具有较低成本和准确度高的优点。

本发明提出的一种多光学信息同步检测的双参数荧光分子断层成像装置，由伪随机编码激发模块、成像物体旋转模块和光学信号检测模块组成。伪随机编码激发模块由激光器、相位/强度调制器、伪随机码生成器、聚焦光路和光学扫描振镜构成。成像物体旋转模块由同轴旋转台和成像物体固定装置组成。光学信号检测模块包括分束镜、强度信息检测子模块和飞行时间曲线信息检测子模块。

伪随机编码激发模块由激光器、相位/强度调制器、伪随机码生成器、聚焦光路和光学扫描振镜构成。激光器发出的激光在相位/强度调制器中被伪随机码生成器生成的高比特速率(＞＝10Gb/s)、高码长(1024位)的伪随机码调制的激光。该伪随机码调制的激光通过聚焦光路后，在距离成像物体后表面的临近位置被聚焦成一个直径小于1mm的小激光点，即伪随机编码的激发光点。然后通过计算机控制光学扫描振镜，将伪随机编码的激发光点投射到成像物体后表面的不同位置，该成像物体与光学扫描振镜沿水平方向的同一直线设置，所述的成像物体后表面是指成像物体朝向伪随机编码激发模块的正表面。伪随机码调制激发的主要目的在于获取光学信号的飞行时间曲线信息。伪随机码生成器在生成伪随机码序列后还向飞行时间曲线信息检测子模块发出触发信号(表征一段伪随机码序列开始的高电平脉冲)，用于确定伪随机码序列和检测电子脉冲的相对时间关系。

成像物体旋转模块由同轴旋转台和成像物体固定装置组成。所述同轴旋转台包括上下两个部分，通过螺杆和齿轮传动机构实现上下旋转台的同步旋转。成像物体4通过成像物体固定装置固定于同轴旋转台上，可以被同轴旋转台的水平旋转到不同的角度。其中旋转角度定义为，以同轴旋转台的旋转轴心为原点，同轴旋转台未旋转的原始角度即平行于水平方向时为0°，在每一次成像过程中，通过计算机控制同轴旋转台沿逆时针旋转到不同的旋转角度。经光学扫描振镜将伪随机编码的激发光点投射到成像物体后表面的不同位置后，经成像物体前表面发射出出射的光学信号，该光学信号经与水平方向夹角为45°方向的分束镜后，一定比例的光学信号不改变传播方向，沿原方向即水平方向到达强度信息检测子模块；另一部分光学信号的传播方向被偏置了90°(即垂直于水平方向向下偏置)，到达飞行时间曲线信息检测子模块。其中光学扫描振镜、成像物体和分束镜沿同一直线设置。