[发明专利]一种深部组织X射线激发多光谱断层成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种深部组织X射线激发多光谱断层成像系统及方法，包括X射线源、X射线平板探测器、EMCCD相机、电控旋转台、窄带滤波片、铅板、计算机和待成像动物；利用X射线激发纳米发光材料，发射出特定谱段特别是具有较高穿透深度的短波红外光，光子穿过组织到达成像物体表面，经过窄带滤波片的过滤，不同波长谱段的光被EMCCD相机接收，得到每个谱段下的成像和重建结果；采用多变量分析对多谱成像和重建结果进行处理分析，得到纳米发光材料在物体内的准确分布，并与CT断层成像结果融合最终得到深部组织多模态的断层成像图像。本发明可有效提高X射线激发光学断层成像的成像深度，实现活体小动物的深部组织成像。

技术领域

本发明属于多模态分子成像技术领域，尤其涉及一种深部组织X射线激发多光谱断层成像的方法及系统。

背景技术

光学分子成像技术能够在体、非接触、动态地对生物体内细胞分子水平的变化进行观测，为生物医学研究领域若干重要问题的解决提供了有效技术手段。但光在生物组织中的强散射特性极大限制了光学成像的穿透深度及成像分辨率，也限制了光学成像技术在深部组织器官中的应用。

X射线发光断层成像(x-ray luminescence computed tomography,XLCT)是一种新型的融合了CT断层成像和光学分子影像的多模态分子成像技术，于2010年由斯坦福大学的Xing Lei所在的研究小组最早提出。某些纳米发光材料在用X射线激发之后能够发出不同波长的光，激发出的光穿过组织达到成像物体表面被高灵敏度的EMCCD(ElectronMultiplying Charge Coupled Device)相机捕获，经过光学重建最终恢复出成像物体内部的纳米发光材料分布。光学成像与X射线扫描得到的结构成像的融合，最终得到多模态成像。

虽然X射线良好的穿透性以及背景光学信号的消除使得X射线发光断层成像有望实现活体小动物深部组织的断层成像，但是由于目前X射线激发光的发射谱段大部分在可见光以及近红外谱段，穿透深度仍有限。目前XLCT相关专利有CN103110425A，CN103876770A，仍处于公布期，其专利主要针对XLCT的系统结构和成像模式，没有明确深部成像所需材料、发光谱段和针对多光谱数据的分析方法，导致难以实现活体小动物深部组织的成像。短波红外成像(short wavelength infrared imaging,SWIR)利用第二红外窗(1000-2300nm)对组织进行成像，相较传统的可见光或近红外光，SWIR在组织中的光子吸收、散射及自发光现象大大减少，从而在改进空间分辨率和成像质量的同时，能在生物组织中穿透更深。同时，SWIR波段可有效避开生物组织自发光的影响，结合纳米发光材料的研究，基于SWIR谱段的X射线激发发光成像可实现深部组织的断层成像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于深部组织X射线激发多光谱断层成像的系统及方法，旨在解决目前X射线激发光的发射谱段大部分在可见光以及近红外谱段，XLCT的成像深度有限，重建结果准确性低，难以实现活体小动物深部组织的成像的问题。目前尚未见采用具有更好穿透性的短波红外光XLCT成像相关专利，亦未见与之相配的能够被X射线激发的纳米发光材料和针对深部组织成像的多光谱数据的分析方法。

本发明实现一种深部组织X射线激发多光谱断层成像的系统，该系统包括1、X射线源 2、X射线平板探测器 3、EMCCD相机 4、电控旋转台 5、窄带滤波片 6、计算机 7、铅板 8、成像物体。窄带滤波片置于EMCCD相机的镜头前，二者位于X射线源，成像物体和X射线平板探测器连线的垂直方向；X射线源、X射线平板探测器、EMCCD相机、电控旋转台均与计算机相连，使用计算机控制其运行。

进一步，所述X射线源用来发射X射线。

进一步，所述X射线平板探测器用来接收探测X射线。

进一步，所述EMCCD相机，用来接收短波红外光及其它特定谱段光。