本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多模態(tài)成像系統(tǒng)及其成像方法。

背景技術(shù)：

光聲成像技術(shù)是兼具光學(xué)與超聲成像優(yōu)勢(shì)的一種無(wú)創(chuàng)生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它對(duì)獲取病灶形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布等信息具有大深度、高分辨成像的優(yōu)點(diǎn)，但是這種成像技術(shù)主要集中于結(jié)構(gòu)性成像，對(duì)于功能性的定量數(shù)據(jù)很難獲取，也無(wú)法獲取組織中某種特殊組份的含量。熒光成像技術(shù)可通過(guò)熒光內(nèi)窺鏡探針檢測(cè)不同分子的組成，還可以指示腫瘤或血管內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊等病灶的狀態(tài)。然而，熒光內(nèi)窺鏡探針通常僅能夠提供二維特異性熒光信號(hào)，而無(wú)法給出任何截面結(jié)構(gòu)信息。光聲-熒光成像技術(shù)將光聲成像技術(shù)與熒光成像技術(shù)兩者結(jié)合起來(lái)，可以獲得生物體組織的結(jié)構(gòu)、分布和成份信息，可以進(jìn)一步提高醫(yī)療診斷及治療效率，因而受到研究者們的廣泛關(guān)注。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的光聲-熒光成像系統(tǒng)存在著一些不足之處，例如，只能檢測(cè)某一波長(zhǎng)的激光信號(hào)下的光聲-熒光信號(hào)，使得檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性不高，或者可以檢測(cè)不同波長(zhǎng)的激光信號(hào)下的光聲-熒光信號(hào)，但是不同波長(zhǎng)之間切換需花費(fèi)較多的時(shí)間，這樣造成檢測(cè)過(guò)程耗時(shí)太長(zhǎng)，使得較多檢測(cè)樣品時(shí)的檢測(cè)效率降低?，F(xiàn)有技術(shù)中的光聲-熒光成像系統(tǒng)不能對(duì)生物體組織的結(jié)構(gòu)、分布和成份等信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)的測(cè)量和分析。

因此，提供一種多模態(tài)成像系統(tǒng)，以獲得生物體組織的結(jié)構(gòu)、分布和成份的光聲光譜熒光光譜等信息，成為業(yè)界人士研究的重點(diǎn)課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種多模態(tài)成像系統(tǒng)，以獲得光聲光譜熒光光譜等信息，從而對(duì)生物體組織的結(jié)構(gòu)、分布和成份等信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)的測(cè)量和分析。

為了解決背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多模態(tài)成像系統(tǒng)，包括第一激光器、第二激光器、延時(shí)裝置、成像探頭、超聲收發(fā)儀、熒光探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集及處理模塊；

所述第一激光器產(chǎn)生第一光信號(hào)和光源觸發(fā)信號(hào)，所述光源觸發(fā)信號(hào)通過(guò)所述延時(shí)裝置傳輸至所述第二激光器，以使所述第二激光器產(chǎn)生第二光信號(hào)，所述第一光信號(hào)與所述第二光信號(hào)的波長(zhǎng)不同；所述第一光信號(hào)和所述第二光信號(hào)通過(guò)所述成像探頭被發(fā)射至被測(cè)組織，所述第一光信號(hào)與所述被測(cè)組織相互作用產(chǎn)生第一光聲信號(hào)和第一熒光信號(hào)，所述第二光信號(hào)與所述被測(cè)組織相互作用產(chǎn)生第二光聲信號(hào)和第二熒光信號(hào)，所述第一光聲信號(hào)和所述第二光聲信號(hào)被所述成像探頭接收并通過(guò)所述超聲收發(fā)儀傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊，所述第一熒光信號(hào)和所述第二熒光信號(hào)被所述成像探頭接收并通過(guò)所述熒光探測(cè)器傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊。

一種實(shí)施方式中，所述第一光信號(hào)沿第一軸向傳輸，所述第二光信號(hào)沿第二軸向傳輸，所述第一軸向與所述第二軸向相交；所述多模態(tài)成像系統(tǒng)還包括第一分光鏡、第二分光鏡和設(shè)于所述第一分光鏡與所述第二分光鏡之間的第一通道；所述第一分光鏡設(shè)于所述第一軸向與所述第二軸向交匯處，部分所述第一光信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第一分光鏡透射進(jìn)入所述第一通道以形成第三光信號(hào)，部分所述第二光信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第一分光鏡反射進(jìn)入所述第一通道以形成第四光信號(hào)。

一種實(shí)施方式中，所述第三光信號(hào)和所述第四光信號(hào)耦合進(jìn)光纖并通過(guò)所述光纖和所述成像探頭發(fā)射至所述被測(cè)組織，所述第三光信號(hào)與所述被測(cè)組織相互作用以激發(fā)出所述第一光聲信號(hào)和所述第一熒光信號(hào)，所述第四光信號(hào)與所述被測(cè)組織相互作用以激發(fā)出所述第二光聲信號(hào)和所述第二熒光信號(hào)。

一種實(shí)施方式中，還包括光電探測(cè)器及設(shè)于所述光電探測(cè)器與所述第一分光鏡之間的第二通道，所述第一光信號(hào)之另一部分經(jīng)過(guò)所述第一分光鏡反射進(jìn)入所述第二通道以形成第五光信號(hào)，所述光電探測(cè)器將所述第五光信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一電信號(hào)并將所述第一電信號(hào)傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊，所述第二光信號(hào)之另一部分經(jīng)過(guò)所述第一分光鏡透射進(jìn)入所述第二通道以形成第六光信號(hào)，所述光電探測(cè)器將所述第六光信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二電信號(hào)并將所述第二電信號(hào)傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊。

一種實(shí)施方式中，還包括設(shè)于所述第二分光鏡與所述熒光探測(cè)器之間的第三通道，所述第一熒光信號(hào)和所述第二熒光信號(hào)被所述成像探頭接收并傳遞至所述第二分光鏡，經(jīng)過(guò)所述第二分光鏡反射至所述第三通道，并傳遞至所述熒光探測(cè)器，所述熒光探測(cè)器將所述第一熒光信號(hào)、所述第二熒光信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成所述第一熒光電信號(hào)、所述第二熒光電信號(hào)，并將所述第一熒光電信號(hào)和所述第二熒光電信號(hào)傳遞至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊。

一種實(shí)施方式中，所述第一激光器還產(chǎn)生超聲觸發(fā)信號(hào)，所述超聲觸發(fā)信號(hào)通過(guò)所述延時(shí)裝置傳輸至所述超聲收發(fā)儀，使所述超聲收發(fā)儀發(fā)射第一超聲信號(hào)，所述第一超聲信號(hào)通過(guò)所述成像探頭發(fā)射至所述被測(cè)組織，所述第一超聲信號(hào)與所述被測(cè)組織相互作用形成第二超聲信號(hào)，所述第二超聲信號(hào)被所述成像探頭接收，并通過(guò)所述超聲收發(fā)儀傳遞至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊。

本發(fā)明還提供了一種多模態(tài)成像方法，包括：

第一激光器在t1時(shí)間發(fā)射第一光信號(hào)至成像探頭及發(fā)射光源觸發(fā)信號(hào)至延時(shí)裝置；

所述延時(shí)裝置將所述光源觸發(fā)信號(hào)傳送至第二激光器，以觸發(fā)所述第二激光器在t1+t2時(shí)間發(fā)射第二光信號(hào)至所述成像探頭；

所述成像探頭將所述第一光信號(hào)發(fā)射至被測(cè)組織，并接收所述被測(cè)組織反射的第一光聲信號(hào)和第一熒光信號(hào)，所述超聲收發(fā)儀在t1+t1時(shí)間將所述第一光聲信號(hào)傳遞至數(shù)據(jù)采集及處理模塊，所述熒光探測(cè)器在t1+t2時(shí)間將所述第一熒光信號(hào)傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊；

所述成像探頭將所述第二光信號(hào)發(fā)射至所述被測(cè)組織，并接收所述被測(cè)組織反射的第二光聲信號(hào)和第二熒光信號(hào)，所述超聲收發(fā)儀在t1+t2+t1時(shí)間將所述第二光聲信號(hào)傳遞至數(shù)據(jù)采集及處理模塊；所述熒光探測(cè)器在t1+t2+t2時(shí)間將所述第二熒光信號(hào)傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊；

所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊處理所述第一光聲信號(hào)、所述第二光聲信號(hào)以得到光聲圖像和光聲光譜圖像，所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊處理所述第一熒光信號(hào)和所述第二熒光信號(hào)以得到熒光圖像。

一種實(shí)施方式中，第一激光器在t1時(shí)間發(fā)射超聲觸發(fā)信號(hào)至所述延時(shí)裝置；

所述延時(shí)裝置將所述超聲觸發(fā)信號(hào)傳送至超聲收發(fā)儀，以觸發(fā)所述超聲收發(fā)儀在t1+t2+t3時(shí)間發(fā)射第一超聲信號(hào)至所述成像探頭；

所述成像探頭將所述第一超聲信號(hào)發(fā)射至所述被測(cè)組織，并將所述被測(cè)組織反射的第二超聲信號(hào)傳遞至超聲收發(fā)儀，所述超聲收發(fā)儀在t1+t2+t3+t3時(shí)間將所述第二超聲信號(hào)傳遞至數(shù)據(jù)采集及處理模塊；

所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊處理所述第二超聲信號(hào)以得到超聲圖像。

一種實(shí)施方式中，將所述第一光信號(hào)和所述第二光信號(hào)傳送至成像探頭前，第一分光鏡將所述第一光信號(hào)分為第三光信號(hào)和第五光信號(hào)，并將所述第三光信號(hào)和所述第五光信號(hào)分別傳遞至所述光纖和光電探測(cè)器，所述光纖將所述第三光信號(hào)傳送至成像探頭，所述光電探測(cè)器將所述第五光信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一電信號(hào)并在t1+t0時(shí)間傳遞至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊。

一種實(shí)施方式中，將所述第一光信號(hào)和所述第二光信號(hào)傳送至成像探頭前，第一分光鏡將所述第二光信號(hào)分為第四光信號(hào)和第六光信號(hào)，并將所述第四光信號(hào)和所述第六光信號(hào)分別傳遞至所述光纖和所述光電探測(cè)器，所述光纖將所述第四光信號(hào)傳送至成像探頭，所述光電探測(cè)器將所述第六光信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二電信號(hào)并在t1+t2+t0時(shí)間傳遞至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊；

所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊根據(jù)所述第一電信號(hào)和所述第二電信號(hào)監(jiān)測(cè)所述第三光信號(hào)和所述第四光信號(hào)的能量變化情況，以在成像計(jì)算過(guò)程中消除因被測(cè)組織對(duì)所述第三光信號(hào)和所述第四光信號(hào)能量吸收程度的誤差。

本發(fā)明實(shí)施例具有如下的有益效果：

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多模態(tài)成像系統(tǒng)和成像方法，通過(guò)設(shè)置第一激光器輸出第一光信號(hào)、光源觸發(fā)信號(hào)和超聲觸發(fā)信號(hào)。第一光信號(hào)與被測(cè)組織相互作用產(chǎn)生第一光聲信號(hào)和第一熒光信號(hào)；所述光源觸發(fā)信號(hào)通過(guò)所述延時(shí)裝置傳輸至所述第二激光器以產(chǎn)生相對(duì)于第一光信號(hào)延時(shí)t2時(shí)間的第二光信號(hào)，其中，第二光信號(hào)與所述第一光信號(hào)波長(zhǎng)不同，所述第二光信號(hào)與所述被測(cè)組織相互作用產(chǎn)生第二光聲信號(hào)和第二熒光信號(hào)；所述超聲觸發(fā)信號(hào)通過(guò)所述延時(shí)裝置傳輸至所述超聲收發(fā)儀以產(chǎn)生第一超聲信號(hào)，第一超聲信號(hào)相對(duì)于第二光信號(hào)延時(shí)t3時(shí)間，所述第一超聲信號(hào)與所述被測(cè)組織相互作用產(chǎn)生第二超聲信號(hào)；將被測(cè)組織產(chǎn)生信號(hào)均傳至數(shù)據(jù)采集及處理模塊，以得到超聲圖像及不同波長(zhǎng)下的光聲圖像、光聲光譜圖像、熒光圖像。在所述多模態(tài)成像系統(tǒng)中融合了光聲、超聲、熒光、光聲光譜成像技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)病灶形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布等信息進(jìn)行大深度、高分辨成像、針對(duì)某一特定成分進(jìn)行分子成像及實(shí)現(xiàn)血液中血氧飽和度等生理參數(shù)的動(dòng)態(tài)測(cè)量和分析。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多模態(tài)成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多模態(tài)成像系統(tǒng)光信號(hào)和超聲信號(hào)時(shí)序圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種成像方法結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多模態(tài)成像系統(tǒng)，用于采集被測(cè)組織200的組織結(jié)構(gòu)及成分等生理參數(shù)，所述多模態(tài)成像系統(tǒng)包括光學(xué)模塊100、運(yùn)動(dòng)控制模塊203、成像探頭204、超聲收發(fā)儀201、數(shù)據(jù)采集及處理模塊202、顯示模塊205。

所述光學(xué)模塊100用于將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)耦合進(jìn)光纖，所述光纖將光信號(hào)傳送至運(yùn)動(dòng)控制模塊203和成像探頭204中，并通過(guò)成像探頭204發(fā)射至所述被測(cè)組織200表面，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊203控制所述成像探頭204旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)以獲取所述被測(cè)組織200的三維信息，所述光信號(hào)在所述被測(cè)組織200表面激發(fā)出光聲信號(hào)和熒光信號(hào)，并反射至所述成像探頭204中，所述光聲信號(hào)通過(guò)所述成像探頭204傳遞至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202，所述熒光信號(hào)則被反向傳輸至所述光學(xué)模塊100中，并被所述光學(xué)模塊100中的熒光探測(cè)器114接收、被轉(zhuǎn)換成熒光電信號(hào)后傳至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202中，所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202將采集到的所述光聲信號(hào)和所述熒光電信號(hào)均傳送至顯示模塊205，以得到到光聲-熒光-光聲光譜圖像。

請(qǐng)參閱圖1及圖2，所述光學(xué)模塊100包括第一激光器101、第二激光器102、延時(shí)裝置103和熒光探測(cè)器114。所述第一激光器101產(chǎn)生第一光信號(hào)a1和光源觸發(fā)信號(hào)b0，同時(shí)也產(chǎn)生信號(hào)采集觸發(fā)信號(hào)d至數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。所述光源觸發(fā)信號(hào)b0通過(guò)所述延時(shí)裝置103傳輸至所述第二激光器102，以使所述第二激光器102產(chǎn)生第二光信號(hào)b1。其中，所述第一光信號(hào)a1與所述第二光信號(hào)b1波長(zhǎng)不同。一種實(shí)施方式中，所述第一激光器101在t1時(shí)間輸出光源觸發(fā)信號(hào)b0，所述光源觸發(fā)信號(hào)b0經(jīng)過(guò)延時(shí)裝置103后經(jīng)過(guò)t2時(shí)間的延時(shí)由所述延時(shí)裝置103發(fā)射至所述第二激光器102，使所述第二激光器102在t1+t2時(shí)間產(chǎn)生所述第二光信號(hào)b1。所述第一光信號(hào)a1與被測(cè)組織200相互作用產(chǎn)生第一光聲信號(hào)a1和第一熒光信號(hào)a2。所述第二光信號(hào)b1與所述被測(cè)組織200相互作用產(chǎn)生第二光聲信號(hào)b1和第二熒光信號(hào)b2。所述第一光聲信號(hào)a1和所述第二光聲信號(hào)b1被所述成像探頭204接收并通過(guò)所述超聲收發(fā)儀201傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202，所述第一熒光信號(hào)a2和所述第二熒光信號(hào)b2被所述成像探頭204接收并通過(guò)所述熒光探測(cè)器114傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多模態(tài)成像系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置第一激光器101同時(shí)輸出第一光信號(hào)a1和光源觸發(fā)信號(hào)b0，第一光信號(hào)a1與被測(cè)組織200相互作用產(chǎn)生第一光聲信號(hào)a1和第一熒光信號(hào)a2。光源觸發(fā)信號(hào)b0經(jīng)延時(shí)裝置103傳輸至所述第二激光器102，使得第二激光器102產(chǎn)生相對(duì)于所述第一光信號(hào)a1延時(shí)的第二光信號(hào)a2，其中，第二光信號(hào)b1與所述第一光信號(hào)a1波長(zhǎng)不同，所述第二光信號(hào)b1與所述被測(cè)組織200相互作用產(chǎn)生第二光聲信號(hào)b1和第二熒光信號(hào)b2；將被測(cè)組織200產(chǎn)生信號(hào)均傳至數(shù)據(jù)采集及處理模塊和顯示模塊，以得到不同波長(zhǎng)下的光聲圖像、光聲光譜圖像、熒光圖像。在所述多模態(tài)成像系統(tǒng)中融合了光聲、熒光、光聲光譜成像技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)病灶形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布等信息進(jìn)行大深度、高分辨成像、針對(duì)某一特定成分進(jìn)行分子成像及實(shí)現(xiàn)血液中血氧飽和度等生理參數(shù)的動(dòng)態(tài)測(cè)量和分析。此外，通過(guò)對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)被被測(cè)組織200反射的光聲信號(hào)、熒光信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，獲取到光聲光譜、熒光光譜等信息。

進(jìn)一步地，所述第一光信號(hào)a1與所述第二光信號(hào)b1為短脈沖激光或幅度調(diào)制激光，輸出波長(zhǎng)范圍為400nm～2400nm，該波長(zhǎng)范圍以適用于光聲光譜成像。所述第一激光器101和所述第二激光器102發(fā)射信號(hào)的頻率均大于或等于1khz，所述第二光信號(hào)b1相對(duì)于所述第一光信號(hào)a1的延時(shí)時(shí)間t2為5μs～30μs，優(yōu)選地，所述第二光信號(hào)b1相對(duì)于所述第一光信號(hào)a1的延時(shí)時(shí)間t2為5μs，第一激光器101與第二激光器102具有較大的重復(fù)頻率及較小間隔的波長(zhǎng)切換模式可實(shí)現(xiàn)快速的成像，以提高成像速度，本實(shí)施例中，當(dāng)每幀圖像由200條線組成時(shí)，成像速度可大于或等于5幀/秒。

請(qǐng)參閱圖1及圖2，本發(fā)明另一種實(shí)施例提供的一種多模態(tài)成像系統(tǒng)，在以上實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還包括電連接于所述延時(shí)裝置103的超聲收發(fā)儀201，超聲收發(fā)儀201也電連接于數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。所述第一激光器101還產(chǎn)生超聲觸發(fā)信號(hào)c0。所述超聲觸發(fā)信號(hào)c0通過(guò)所述延時(shí)裝置103傳輸至所述超聲收發(fā)儀201，使所述超聲收發(fā)儀201發(fā)射第一超聲信號(hào)c1。一種實(shí)施方式中，所述第一激光器101在t1時(shí)間輸出第一光信號(hào)a1、光源觸發(fā)信號(hào)b0和超聲觸發(fā)信號(hào)c0，所述延時(shí)裝置103將光源觸發(fā)信號(hào)b0傳送至所述第二激光器102，使得所述第二激光器102發(fā)射出相對(duì)于所述第一光信號(hào)a1延時(shí)t2時(shí)間的第二光信號(hào)a2，所述延時(shí)裝置103將超聲觸發(fā)信號(hào)c0傳送至所述超聲收發(fā)儀201，使得所述超聲收發(fā)儀201發(fā)射出相對(duì)于所述第二光信號(hào)b1延時(shí)t3的第一超聲信號(hào)c1。所述第一超聲信號(hào)c1通過(guò)所述成像探頭204發(fā)射至所述被測(cè)組織200表面并反射形成第二超聲信號(hào)c2，所述第二超聲信號(hào)c2被所述超聲收發(fā)儀201接收，并傳遞至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。一種實(shí)施方式中，所述第一超聲信號(hào)c1相對(duì)于所述第二光信號(hào)b1的延時(shí)時(shí)間t3為5μs～30μs，優(yōu)選地，所述第一超聲信號(hào)c1相對(duì)于所述第二光信號(hào)b1的延時(shí)時(shí)間t3為5μs。

本實(shí)施例提供的一種多模態(tài)成像系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置第一激光器101輸出第一光信號(hào)a1、光源觸發(fā)信號(hào)b0和超聲觸發(fā)信號(hào)c0，且光源觸發(fā)信號(hào)b0和超聲觸發(fā)信號(hào)c0經(jīng)延時(shí)裝置103分別相對(duì)于所述第一光信號(hào)a1延時(shí)t2和t2+t3?；谏鲜鰧?shí)施例，可得到超聲圖像及不同波長(zhǎng)下的光聲圖像、光聲光譜圖像、熒光圖像。在所述多模態(tài)成像系統(tǒng)中融合了光聲、超聲、熒光、光聲光譜成像技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)病灶形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布等信息進(jìn)行大深度、高分辨成像、針對(duì)某一特定成分進(jìn)行分子成像及實(shí)現(xiàn)血液中血氧飽和度等生理參數(shù)的動(dòng)態(tài)測(cè)量和分析。

請(qǐng)參閱圖1，所述第一光信號(hào)a1沿第一軸向x傳輸，所述第二光信號(hào)b1沿第二軸向y傳輸。其中，所述第一軸向x與所述第二軸向y相交，一種實(shí)施方式中，所述第一軸向x與第二軸向y相垂直。所述光學(xué)模塊100還包括第一分光鏡105、第二分光鏡110和設(shè)于所述第一分光鏡105與所述第二分光鏡110之間的第一通道109。所述第一分光鏡105設(shè)于所述第一軸向x與所述第二軸向y交點(diǎn)處，所述第一光信號(hào)a1之一部分經(jīng)過(guò)所述第一分光鏡105透射進(jìn)入所述第一通道109以形成第三光信號(hào)a2，所述第二光信號(hào)b1之一部分經(jīng)過(guò)所述第一分光鏡105反射進(jìn)入所述第一通道109以形成第四光信號(hào)b2。

請(qǐng)參閱圖1，所述第三光信號(hào)a2和所述第四光信號(hào)b2先后被傳輸至所述成像探頭204，使所述第三光信號(hào)a2照射至所述被測(cè)組織200表面并激發(fā)出所述第一光聲信號(hào)a1和所述第一熒光信號(hào)a2，且使所述第四光信號(hào)b2照射至所述被測(cè)組織200表面并激發(fā)出所述第二光聲信號(hào)b1和所述第二熒光信號(hào)b2。具體為，所述第三光信號(hào)a2和所述第四光信號(hào)b2在光學(xué)模塊中耦合形成光纖，從成像探頭的光纖中出射的光斑照射到被測(cè)組織200表面，同時(shí)激發(fā)出光聲信號(hào)和熒光信號(hào)，該光聲信號(hào)可反映被測(cè)組織200的組織結(jié)構(gòu)和分布情況，該熒光信號(hào)可反映被測(cè)組織200中某一成份的分布和含量。

進(jìn)一步地，所述光學(xué)模塊100還包括光電探測(cè)器108及設(shè)于所述光電探測(cè)器108與所述第一分光鏡105之間的第二通道107。所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202電連接于所述光電探測(cè)器108。所述第一光信號(hào)a1之另一部分經(jīng)過(guò)所述第一分光鏡105反射進(jìn)入所述第二通道107以形成第五光信號(hào)a3。所述光電探測(cè)器108將所述第五光信號(hào)a3轉(zhuǎn)換成第一電信號(hào)a4并傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。所述第二光信號(hào)b1之另一部分經(jīng)過(guò)所述第一分光鏡105透射進(jìn)入所述第二通道107以形成第六光信號(hào)b3。所述光電探測(cè)器108將所述第六光信號(hào)b3轉(zhuǎn)換成第二電信號(hào)b4，并傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。所述第一電信號(hào)a4與所述第二電信號(hào)b4被記錄到計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)根據(jù)所述第一電信號(hào)a4與所述第二電信號(hào)b4監(jiān)測(cè)激光能量變化情況，從而實(shí)現(xiàn)可實(shí)時(shí)記錄所述第三光信號(hào)a2和所述第四光信號(hào)b2的強(qiáng)度，以在成像計(jì)算中消除因被測(cè)組織200對(duì)第三光信號(hào)a2和所述第四光信號(hào)b2能量吸收程度的誤差，及在后期圖像處理時(shí)可進(jìn)行能量補(bǔ)償。

進(jìn)一步地，所述光學(xué)模塊100還包括熒光探測(cè)器114及設(shè)于所述第二分光鏡110與所述熒光探測(cè)器114之間的第三通道112。所述熒光探測(cè)器114電連接于所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。所述第一熒光信號(hào)a2和所述第二熒光信號(hào)b2被所述成像探頭204內(nèi)的光纖接收并反向傳遞至所述第二分光鏡110，經(jīng)過(guò)所述第二分光鏡110反射后進(jìn)入所述第三通道112，且傳遞至所述熒光探測(cè)器114。所述熒光探測(cè)器114將所述第一熒光信號(hào)a2、所述第二熒光信號(hào)b2分別轉(zhuǎn)換成所述第一熒光電信號(hào)a3、所述第二熒光電信號(hào)b3，并傳遞至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。所述第三通道112還設(shè)有濾光片113，用以過(guò)濾所述第一熒光信號(hào)a2和所述第二熒光信號(hào)b2。

進(jìn)一步地，所述光學(xué)模塊100還包括第一光闌104和第二光闌106，所述第一光闌104設(shè)于所述第一激光器101與所述第一分光鏡105之間，用于過(guò)濾第一光信號(hào)a1中的雜散光；所述第二光闌106設(shè)于所述第二激光器102與所述第一分光鏡105之間，用于過(guò)濾第二光信號(hào)b1中的雜散光。所述光學(xué)模塊100還包括設(shè)于第二分光鏡110與運(yùn)動(dòng)控制模塊203之間的聚焦透鏡111，所述第一光信號(hào)a1和第二光信號(hào)b1通過(guò)光闌、第一分光鏡105、第一通道109、第二分光鏡110、聚焦透鏡111耦合進(jìn)光纖。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊203控制所述成像探頭204旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)掃描。具體而言，運(yùn)動(dòng)控制模塊203包含電動(dòng)位移平臺(tái)、光電滑環(huán)、電磁電機(jī)等。所述運(yùn)動(dòng)控制模塊203及所述成像探頭204固定于電動(dòng)位移平臺(tái)上，以便于所述運(yùn)動(dòng)控制模塊203控制成像探頭204進(jìn)行360°的旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)掃描。所述第三光信號(hào)a2和第四光信號(hào)b2耦合成光纖后通過(guò)所述光電滑環(huán)進(jìn)入所述成像探頭204中。所述電磁電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)光電滑環(huán)旋轉(zhuǎn)，光電滑環(huán)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)光信號(hào)和電信號(hào)的傳遞。所述成像探頭204每采集完一次信號(hào)，成像探頭204轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度重新采集信號(hào)，重復(fù)至旋轉(zhuǎn)一圈；每旋轉(zhuǎn)掃描一圈，成像探頭204軸向移動(dòng)一定距離重新采集信號(hào)，重復(fù)至完成軸向掃描。

本實(shí)施例中采用的成像探頭204包含光纖、自聚焦透鏡、反射鏡、超聲換能器、金屬外管等，探頭的外徑為0.3-2.6mm，剛性部分尺寸小于1cm，適用于血管內(nèi)及消化道的光聲成像，且成像探頭204經(jīng)由外部電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，成像窗口在圓周轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)遮攔，可實(shí)現(xiàn)360°成像。

進(jìn)一步地，所述成像探頭204電連接于超聲收發(fā)儀201，超聲收發(fā)儀201電連接于數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。所述成像探頭204接收到所述第一光聲信號(hào)a1和所述第二光聲信號(hào)b1，并傳遞至所述超聲收發(fā)儀201。所述超聲收發(fā)儀201將所述第一光聲信號(hào)a1和所述第二光聲信號(hào)b1傳遞至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。具體為，所述成像探頭204中設(shè)有超聲換能器，所述超聲換能器接收到被測(cè)組織200產(chǎn)生的光聲信號(hào)(包括所述第一光聲信號(hào)a1和所述第二光聲信號(hào)b1)并傳遞至所述超聲收發(fā)儀201，所述光聲信號(hào)經(jīng)放大后傳遞至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。

請(qǐng)一并參閱圖1至圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種成像方法s100，應(yīng)用于上述任一中實(shí)施方式所述的一種多模態(tài)成像系統(tǒng)，包括以下步驟：

第一種實(shí)施例：

s101、所述第一激光器101在t1時(shí)間發(fā)射所述第一光信號(hào)a1至成像探頭204及所述光源觸發(fā)信號(hào)b0至延時(shí)裝置103，t1為多模態(tài)成像系統(tǒng)一個(gè)周期內(nèi)的起始時(shí)間。

s102、所述延時(shí)裝置103將所述光源觸發(fā)信號(hào)b0傳送至所述第二激光器102，以觸發(fā)所述第二激光器102在t1+t2時(shí)間發(fā)射所述第二光信號(hào)b1至所述成像探頭204。t2為所述第二光信號(hào)b1相對(duì)于所述第一光信號(hào)a1的延遲時(shí)間，t2取值范圍為5μs～30μs，優(yōu)選地，t2為5μs。

s103、所述成像探頭204將所述第一光信號(hào)a1發(fā)射至被測(cè)組織200，并接收所述被測(cè)組織200反射的所述第一光聲信號(hào)a1和所述第一熒光信號(hào)a2，所述超聲收發(fā)儀201在t1+t1時(shí)間將所述第一光聲信號(hào)a1傳遞至數(shù)據(jù)采集及處理模塊201，所述熒光探測(cè)器114在t1+t2時(shí)間將所述第一熒光信號(hào)b1傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。

具體為，第一分光鏡105將所述第一光信號(hào)a1分為第三光信號(hào)a2和第五光信號(hào)a3，第三光信號(hào)a2通過(guò)所述第二分光鏡110、聚焦透鏡111耦合進(jìn)光纖，并通過(guò)光纖傳送至成像探頭204，所述成像探頭204發(fā)射所述第三光信號(hào)a2至所述被測(cè)組織200，所述第三光信號(hào)a2激發(fā)所述被測(cè)組織200產(chǎn)生所述第一光聲信號(hào)a1和所述第一熒光信號(hào)a2。所述成像探頭204接收所述第一光聲信號(hào)a1后傳遞至所述超聲收發(fā)儀201，所述超聲收發(fā)儀201在t1+t1時(shí)間將所述第一光聲信號(hào)a1傳遞至數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。所述成像探頭204接收所述第一熒光信號(hào)a2并傳遞至第二分光鏡110，所述第二分光鏡110將所述第一熒光信號(hào)a2傳遞至熒光探測(cè)器114，所述熒光探測(cè)器114將所述第一熒光信號(hào)a2轉(zhuǎn)換成第一熒光電信號(hào)a3，并在t1+t2時(shí)間傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。t1為激光器發(fā)射光信號(hào)到所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202采集到光聲信號(hào)的時(shí)間。t2為激光器發(fā)射光信號(hào)到所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202采集到熒光電信號(hào)的時(shí)間。

進(jìn)一步地，所述光電探測(cè)器108將所述第五光信號(hào)a3轉(zhuǎn)換成第一電信號(hào)a4并在t1+t0時(shí)間傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202，t0為激光器發(fā)射光信號(hào)到所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202采集到電信號(hào)的時(shí)間。

s104、所述成像探頭204將所述第二光信號(hào)b1發(fā)射至所述被測(cè)組織200，并接收所述被測(cè)組織200反射的第二光聲信號(hào)b1和第二熒光信號(hào)b2，所述超聲收發(fā)儀201在t1+t2+t1時(shí)間將所述第二光聲信號(hào)b1傳遞至數(shù)據(jù)采集及處理模塊202；所述熒光探測(cè)器114在t1+t2+t2時(shí)間將所述第二熒光信號(hào)b2傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。

具體為，第一分光鏡105將所述第二光信號(hào)b1分為第四光信號(hào)b2和第六光信號(hào)b3，第四光信號(hào)b2通過(guò)所述第二分光鏡110、聚焦透鏡111耦合進(jìn)光纖，并通過(guò)光纖傳送至所述成像探頭204，所述成像探頭204發(fā)射所述第四光信號(hào)b2至所述被測(cè)組織200，所述第四光信號(hào)b2激發(fā)所述被測(cè)組織200產(chǎn)生所述第二光聲信號(hào)b1和所述第二熒光信號(hào)b2，所述成像探頭204接收所述第二光聲信號(hào)b1和所述第二熒光信號(hào)b2。所述成像探頭204通過(guò)所述超聲收發(fā)儀201在t1+t2+t1時(shí)間將所述第二光聲信號(hào)b1傳遞至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。所述成像探頭204接收所述第二熒光信號(hào)b2并傳遞至第二分光鏡110，所述第二分光鏡110將所述第二熒光信號(hào)b2傳遞至熒光探測(cè)器114，所述熒光探測(cè)器114將所述第二熒光信號(hào)b2轉(zhuǎn)換成第二熒光電信號(hào)b3，并在t1+t2+t2時(shí)間傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。

進(jìn)一步地，所述光電探測(cè)器108將所述第六光信號(hào)b3轉(zhuǎn)換成第二電信號(hào)b4并在t1+t2+t0時(shí)間傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。

s105、所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202處理所述第一光聲信號(hào)a1、所述第二光聲信號(hào)b1以得到光聲圖像和光聲光譜圖像，所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202處理所述第一熒光信號(hào)a2和所述第二熒光信號(hào)b2以得到熒光圖像。

第二種實(shí)施例:

在第一種實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在s101步驟中，所述第一激光器101在t1時(shí)間還可以同時(shí)發(fā)射超聲觸發(fā)信號(hào)c0至延時(shí)裝置103。

所述延時(shí)裝置103接收到所述超聲觸發(fā)信號(hào)c0并將所述超聲觸發(fā)信號(hào)c0傳送至超聲收發(fā)儀201，觸發(fā)所述超聲收發(fā)儀201在t1+t2+t3時(shí)間發(fā)射第一超聲信號(hào)c1，t3為所述第一超聲信號(hào)c1相對(duì)于所述第二光信號(hào)b1的延遲時(shí)間，t3取值范圍為5μs～30μs，優(yōu)選地，t3為5μs。

所述超聲收發(fā)儀201接收到所述第一超聲信號(hào)c1，并將所述第一超聲信號(hào)c1發(fā)射至所述被測(cè)組織200，并接收第二超聲信號(hào)c2，在t1+t2+t3+t3時(shí)間傳送至所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202。t3為所述第一超聲信號(hào)c1發(fā)射到所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202采集到所述第二超聲信號(hào)c2的時(shí)間。

所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊202將接收的信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)處理與顯示模塊205；顯示模塊205得到超聲圖像及不同波長(zhǎng)下的光聲圖像、光聲光譜圖像、熒光圖像。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多模態(tài)成像系統(tǒng)和成像方法，通過(guò)設(shè)置第一激光器101輸出第一光信號(hào)a1、光源觸發(fā)信號(hào)b0和超聲觸發(fā)信號(hào)c0。第一光信號(hào)a1與被測(cè)組織200相互作用產(chǎn)生第一光聲信號(hào)a1和第一熒光信號(hào)a2；所述光源觸發(fā)信號(hào)b0通過(guò)所述延時(shí)裝置103傳輸至所述第二激光器102以產(chǎn)生相對(duì)于第一光信號(hào)a1延時(shí)t2時(shí)間的第二光信號(hào)b1，其中，第二光信號(hào)b1與所述第一光信號(hào)a1波長(zhǎng)不同，所述第二光信號(hào)b1與所述被測(cè)組織200相互作用產(chǎn)生第二光聲信號(hào)b1和第二熒光信號(hào)b2；所述超聲觸發(fā)信號(hào)c0通過(guò)所述延時(shí)裝置103傳輸至所述超聲收發(fā)儀201以產(chǎn)生第一超聲信號(hào)c1，第一超聲信號(hào)c1相對(duì)于第二光信號(hào)b1延時(shí)t3時(shí)間，所述第一超聲信號(hào)c1與所述被測(cè)組織200相互作用產(chǎn)生第二超聲信號(hào)c2；將被測(cè)組織200產(chǎn)生信號(hào)均傳至數(shù)據(jù)采集和顯示模塊，以得到超聲圖像及不同波長(zhǎng)下的光聲圖像、光聲光譜圖像、熒光圖像。在所述多模態(tài)成像系統(tǒng)中融合了光聲、超聲、熒光、光聲光譜成像技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)病灶形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布等信息進(jìn)行大深度、高分辨成像、針對(duì)某一特定成分進(jìn)行分子成像及實(shí)現(xiàn)血液中血氧飽和度等生理參數(shù)的動(dòng)態(tài)測(cè)量和分析。此外，通過(guò)對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)被被測(cè)組織200反射的光聲信號(hào)、熒光信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，獲取到光聲光譜、熒光光譜等信息。

綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，但該較佳實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明，該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求界定的范圍為準(zhǔn)。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。