[发明专利]基于锁相光子计数测量的动态荧光-光学乳腺断层成像装置

说明书

技术领域

本发明属于临床医学诊断技术领域，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。

技术背景

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[1]。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 DOT，FDOT)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[2-4]。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；DOT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[5]，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。本发明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[6]。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。本发明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[7]，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

[1].许振玉，早期乳腺癌的诊断体会，中国全科医学，2006，8：654-655；

[2].B.J.Tromberg et al，Optical Tomography and Spectroscopy of Tissue VIII(BiOS2009)，Proc.SPIE 7174，2009；

[3].J.Lippincott-Schwartz et al，“Development and use of fluorescent protein markers in living cells，”Science 2003，300：87-91；

[4].V.Ntziachristos et al，“Experimental three-dimensional fluorescence reconstruction of diffuse media using a normalized Born approximation，”Opt.Lett.2001，26：893-5；

[5].W.Zhang et al，A time-domain fluorescence diffusion optical tomography system for breast tumor diagnosis.Proc.SPIE 789619，2011；