[发明专利]一种面向小动物皮下肿瘤的立体扫描光声介观成像系统

说明书

本发明涉及一种面向小动物皮下肿瘤的立体扫描光声介观成像系统，包括光源系统、多角度立体扫描系统、水箱、光声探测系统、数据采集系统及工业控制机。光源系统包括产生光声信号的高能脉冲激光器，以及导出激光器发射光的多臂光纤束；光声探测系统接收光声信号的高频点聚焦超声探测器，采用高频点聚焦超声探测器的离焦式测量；多角度立体扫描系统包括：放置成像目标的成像支架，电控升降台，电控平移台和设置有高频点聚焦超声探测器的电控旋转台，电控旋转台固定于电控平移台上，成像支架固定于电控升降台上；通过电控旋转台和电控平移台来实现高频点聚焦超声探测器在三维空间上的立体扫描。

技术领域

本发明属于近红外光学成像技术在生物医学方向上的应用领域，涉及一种介观尺度测量方法，特别涉及一种面向小动物皮下肿瘤的立体扫描光声介观成像系统。

背景技术

根据最新全国肿瘤登记中心的数据统计结果，癌症的发病率和死亡率呈逐年增长的状态。从2010年开始，癌症已经正式成为中国首要的致死病因以及重要的公共卫生问题之一[1]。肿瘤细胞通路具有复杂性和多样性的特点，在合适的活体模型上对肿瘤血管生成状态和药物靶向效果做较为全面的了解有助于提高临床治疗的水平。因此，发展一种高分辨、高对比度医学成像技术，面向肿瘤血管形态的结构成像、肿瘤内部氧饱和度的功能成像以及靶向探针药物的分子成像等方面的生物医学影像学研究，在评估肿瘤治疗效果和优化恶性肿瘤治疗方案等方面都具有极为重大的科学研究意义、临床应用价值和社会经济效益。

光声成像(photoacoustic imaging,PAI)是基于光声效应的一种以超声作为媒介的生物光子成像方法，其兼具光学成像的高光学对比度特性和超声波低衰减的特点，可对深层组织进行高对比度和高空间分辨率的结构和功能成像[2,3]。该成像方法采用短脉冲激光照射生物组织，组织吸收光能量后产生超声(光声)信号，通过测量带有生物组织光学吸收特征信息的光声信号，重建出组织体的光能吸收分布图像[4]。

PAI能够结合大穿透深度和高空间分辨成像特点，通过采用不同的成像方式实现多尺度、多对比度和高深空比(穿透深度与空间分辨率之比)成像，以获得与应用匹配的最优成像结果[5]。其中，光声介观成像(photoacousticmesoscopy，PAMe)方法适用于在小尺寸目标体和浅层生物组织中研究，采用声学聚焦检测可在近10mm穿透深度下获得小于100μm的高空间分辨率成像。PAMe可突破光学扩散深度的限制，利用声在生物组织中的低衰减和低散射特性提供高空间分辨率成像，适用于开展在体肿瘤的生物机制研究，肿瘤治疗过程监测以及治疗效果预测与评估等方面的研究。然而，目前发展的PAMe方法常采用聚焦超声探测器的光栅扫描系统和聚焦超声阵列的多角度层析式扫描系统[6-9]。前者虽具有较高的探测灵敏度，但采用的光栅扫描方式通常为二维平面式，对于三维空间内的光声信号的获取能力缺少全方位性；后者可获得立体全方位的测量数据，但测量信噪比有一定程度的下降。

因此，需要寻找一种既保有高信噪比又有立体全方位测量的高灵敏度PAMe成像方法。

[1]Chen W.,Zheng R.,Baade P.D.,Zhang S.,Zeng H.,Bray F.,Jemal A.,YuX.Q.and He J.,“Cancer statistics in China,2015,”CA:A Cancer Journal forClinicians,2016,66:1542～4863.

[2]Beard P,“Biomedical photoacoustic imaging,”Interface focus,2011,1:602～631.

[3]Wang L.V.and Hu S.,“Photoacoustic tomography:in vivo imaging fromorganelles to organs,”Science,2012,335:1458～1462.