一種基于emccd旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，通過在單平面內(nèi)的移動來獲取多個角度多個位置的熒光散射光學(xué)斷層成像，實(shí)驗(yàn)操作簡單，器材造價低，在較短的時間內(nèi)可以獲取更多的有用成像信息，并大幅度提高了所成實(shí)驗(yàn)圖像的質(zhì)量；本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)很好的彌補(bǔ)了單角度系統(tǒng)采集信息量少，多角度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和操作不便利等問題。
【專利說明】
一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熒光擴(kuò)散光學(xué)斷層成像方法(FDOT)是DOT技術(shù)的直接延伸與發(fā)展，與傳統(tǒng)的成像方法相比，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無電離輻射危害。它具有DOT在三維測量以及成像深度上的優(yōu)勢，同時又發(fā)揮熒光劑對癌變組織的高靈敏和特異性優(yōu)勢。在分子成像領(lǐng)域有著重要的作用。
[0003]FDOT在用于小動物活體實(shí)驗(yàn)時，采用熒光劑一吲哚菁綠(ICG)對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記，熒光劑會附著于在腫瘤細(xì)胞上，在正常組織部分會隨血液循環(huán)清除，從而提高了腫瘤區(qū)域與正常區(qū)域的熒光對比度，通過重建最終能分辨出腫瘤組織。FDOT應(yīng)用于小動物成像中，可以準(zhǔn)確定位病變部位，為rooT重建提供較好的位置信息，減少了重建問題中需要的數(shù)據(jù)量，降低了問題的病態(tài)性提高了重建圖像質(zhì)量。這套系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可以準(zhǔn)確地提供關(guān)于腫瘤組織的位置信息。
[0004]熒光散射光學(xué)斷層成像目前存在的最大問題是在單平面內(nèi)掃描多個位置圖像或旋轉(zhuǎn)獲得多個位置成像，成像耗時長，成像質(zhì)量不高，實(shí)驗(yàn)器材造價高等問題，而且其成像依賴于腫瘤組織與正常組織的內(nèi)源性光學(xué)對比，測量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于待重建的參數(shù)數(shù)據(jù)量，因此重建本身是一個欠定性病態(tài)問題。單角度rooT系統(tǒng)由于其只能采集到單個角度的成像信息，導(dǎo)致成像質(zhì)量不高?，F(xiàn)有的多角度FDOT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價成本高，實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明是一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，包括:弧形導(dǎo)軌，所述弧形導(dǎo)軌上接有直線導(dǎo)軌，所述直線導(dǎo)軌的兩末端分別與弧形導(dǎo)軌相接，所述直線導(dǎo)軌上設(shè)置有載物臺，所述載物臺用于放置待測物品;所述弧形導(dǎo)軌與直線導(dǎo)軌連接處設(shè)置有支架，所述支架上設(shè)有EMCCD相機(jī)，所述EMCCD相機(jī)朝向載物臺，所述載物臺和EMCCD相機(jī)之間設(shè)置有濾光片;該系統(tǒng)還包括激光源，所述激光源設(shè)置在EMCCD相機(jī)、濾光片和待測物品所在的光路上。
[0008]進(jìn)一步，還包括位移臺，所述激光源活動設(shè)置在所述位移臺上。
[0009]更進(jìn)一步的，所述濾光片有多個，所述濾光片可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在濾光簇上，所述濾光簇與所述支架固定連接。
[0010]作為一種改進(jìn)，還包括控制模塊，所述控制模塊分別與位移臺、濾光簇、支架和EMCCD相機(jī)連接，用于對上述組件進(jìn)行位置控制，以及數(shù)據(jù)采集和分析。
[0011]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述位移臺驅(qū)動激光源在固定垂直平面內(nèi)按照橫縱坐標(biāo)N*N點(diǎn)陣移動。
[0012]一種基于EMC⑶旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像方法，包括以下步驟:
[0013]配置各項(xiàng)參數(shù)；
[0014]開啟EMCCD相機(jī)，將待測物品放置載物臺，調(diào)節(jié)濾光片和激光源，確保都處在同一光路上，調(diào)節(jié)好后，打開激光源開始采集激光圖像；
[0015]采集激光圖像，將濾光簇轉(zhuǎn)至無濾光片，EMCCD相機(jī)前后或沿導(dǎo)軌移動采集激光圖像。
[0016]進(jìn)一步的，所述配置系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)步驟具體包括:調(diào)節(jié)EMCCD相機(jī)位置，使EMCCD相機(jī)距載物臺距離達(dá)到預(yù)設(shè)值，將載物臺與激光源位置調(diào)節(jié)為預(yù)設(shè)距離，使濾光片位于載物臺上方，選擇預(yù)定波長濾光片，設(shè)置激光源的波長和頻率。
[0017]更進(jìn)一步的，所述采集激光圖像還包括:控制位移臺驅(qū)動激光源按照N*N點(diǎn)陣移動，每移動一個位置通過控制EMCCD相機(jī)前后或沿導(dǎo)軌移動采集激光圖像。
[0018]作為一種改進(jìn)，當(dāng)激光源沿原所在光路按N*N點(diǎn)陣運(yùn)動采集激光圖像完畢后，將激光源返回到原點(diǎn)，選擇預(yù)定長濾光片，以激光源所在光路順時針或逆時針轉(zhuǎn)動45度，并沿所在光路按N * N點(diǎn)陣運(yùn)動，用EMCCD相機(jī)像各采集一次激光圖像。
[0019]具體的，所述預(yù)定波長濾光片為820nm以上波長濾光片;所述激光源波長為788nm、頻率為0.25Hz，所述N*N點(diǎn)陣具體為5女5點(diǎn)陣，所述點(diǎn)陣之間距離為2mm，所述EMCXD相機(jī)距載物臺距離為40cm，所述載物臺距激光源位置為5cm。
[0020]本發(fā)明的一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，通過在單平面內(nèi)的移動來獲取多個角度多個位置的熒光散射光學(xué)斷層成像，實(shí)驗(yàn)操作簡單，器材造價低，在較短的時間內(nèi)可以獲取更多的有用成像信息，并大幅度提高了所成實(shí)驗(yàn)圖像的質(zhì)量;本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)很好的彌補(bǔ)了單角度系統(tǒng)采集信息量少，多角度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和操作不便利等問題。
【附圖說明】
[0021]為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作詳細(xì)描述。
[0022]圖1為本發(fā)明一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)的一個角度的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)的另一個角度的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]目前Π)0Τ系統(tǒng)中，成像依賴于腫瘤組織與正常組織之間的內(nèi)源性光學(xué)對比，重建是一個嚴(yán)重的欠定性病態(tài)問題，會造成圖像重建后空間分辨率的退化和量化度的降低，影響了該技術(shù)在臨床上的應(yīng)用。
[0026]針對這些缺點(diǎn)，本發(fā)明主要采用了以下方法進(jìn)行彌補(bǔ):1.與CT成像模式結(jié)合，以便rooT所提供的圖像可以與CT圖像進(jìn)行比較和處理，獲得可靠的“先驗(yàn)”信息，來約束重建范圍，并借助于CT圖像所提供的空間結(jié)構(gòu)更直觀準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來。2.增加測量的數(shù)據(jù)量，進(jìn)行多個波長的測量，提高重建的分辨率和量化度。3.本發(fā)明設(shè)計的實(shí)驗(yàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)很好的彌補(bǔ)了單角度系統(tǒng)采集信息量少，多角度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和操作不便利等問題。
[0027]本發(fā)明的目的具體通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):請參閱圖1至圖2，一種基于EMC⑶旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，包括:弧形導(dǎo)軌6，所述弧形導(dǎo)軌6上接有直線導(dǎo)軌5，所述直線導(dǎo)軌5的兩末端分別與弧形導(dǎo)軌6相接，所述直線導(dǎo)軌5上設(shè)置有載物臺2，所述載物臺2用于放置待測物品;所述弧形導(dǎo)軌6與直線導(dǎo)軌5連接處設(shè)置有支架，所述支架上設(shè)有EMCCD相機(jī)4，所述EMCCD相機(jī)4朝向載物臺2，所述載物臺2和EMCCD相機(jī)4之間設(shè)置有濾光片3;該系統(tǒng)還包括激光源I，所述激光源I設(shè)置在EMCCD相機(jī)4、濾光片3和待測物品所在的光路上。
[0028]進(jìn)一步，還包括位移臺7，所述激光源I活動設(shè)置在所述位移臺7上。
[0029]更進(jìn)一步的，所述濾光片3有多個，所述濾光片3可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在濾光簇上，所述濾光簇與所述支架固定連接。
[0030]作為一種改進(jìn)，還包括控制模塊，所述控制模塊分別與位移臺7、濾光簇、支架和EMCCD相機(jī)4連接，用于對上述組件進(jìn)行位置控制，以及數(shù)據(jù)采集和分析。
[0031]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述位移臺7驅(qū)動激光源I在固定垂直平面內(nèi)按照橫縱坐標(biāo)N*N點(diǎn)陣移動。
[0032]一種基于EMC⑶旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像方法，包括以下步驟:
[0033]配置各項(xiàng)參數(shù)；
[0034]開啟EMCCD相機(jī)4，將待測物品放置載物臺2，調(diào)節(jié)濾光片3和激光源I，確保都處在同一光路上，調(diào)節(jié)好后，打開激光源I開始采集激光圖像；
[0035]采集激光圖像，將濾光簇轉(zhuǎn)至無濾光片3，EMCCD相機(jī)4前后或沿導(dǎo)軌移動采集激光圖像。
[0036]進(jìn)一步的，所述配置系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)步驟具體包括:調(diào)節(jié)EMCCD相機(jī)4位置，使EMCCD相機(jī)4距載物臺2距離達(dá)到預(yù)設(shè)值，將載物臺2與激光源I位置調(diào)節(jié)為預(yù)設(shè)距離，使濾光片3位于載物臺2上方，選擇預(yù)定波長濾光片3，設(shè)置激光源I的波長和頻率。
[0037]更進(jìn)一步的，所述采集激光圖像還包括:控制位移臺7驅(qū)動激光源I按照N*N點(diǎn)陣移動，每移動一個位置通過控制EMCCD相機(jī)4前后或沿導(dǎo)軌移動采集激光圖像。
[0038]作為一種改進(jìn)，當(dāng)激光源I沿原所在光路按N*N點(diǎn)陣運(yùn)動采集激光圖像完畢后，將激光源I返回到原點(diǎn)，選擇預(yù)定長濾光片3，以激光源I所在光路順時針或逆時針轉(zhuǎn)動45度，并沿所在光路按N * N點(diǎn)陣運(yùn)動，用EMCCD相機(jī)4像各采集一次激光圖像。
[0039]具體的，所述預(yù)定波長濾光片3為820nm以上波長濾光片3;所述激光源波長為788nm、頻率為0.25Hz，所述N女N點(diǎn)陣具體為5 * 5點(diǎn)陣，所述點(diǎn)陣之間距離為2mm，所述EMCXD相機(jī)4距載物臺2距離為40cm，所述載物臺2距激光源I位置為5cm。通過將小動物或體模作為待測物品，采集激光照射的體模圖像或小動物和通過濾波片濾掉激光后的體模圖像和小動物圖像，共采集300幅圖像。
[0040]本發(fā)明的一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，通過在單平面內(nèi)的移動來獲取多個角度多個位置的熒光散射光學(xué)斷層成像，實(shí)驗(yàn)操作簡單，器材造價低，在較短的時間內(nèi)可以獲取更多的有用成像信息，并大幅度提高了所成實(shí)驗(yàn)圖像的質(zhì)量;本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)很好的彌補(bǔ)了單角度系統(tǒng)采集信息量少，多角度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和操作不便利等問題。
[0041 ]本發(fā)明的一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，能有效的改善重建問題的病態(tài)特性，而且可以更準(zhǔn)確地提供關(guān)于腫瘤組織的定位、定性和定量信息，將Π)0Τ技術(shù)與CT技術(shù)相結(jié)合，大大減少了重建問題中所需要的參數(shù)數(shù)據(jù)量，在熒光重建信號強(qiáng)度和重建體積等指標(biāo)上，成像精準(zhǔn)度相較于其他常規(guī)FDOT系統(tǒng)提高了三至五倍，系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)簡單，器材造價低，實(shí)驗(yàn)操作相比于其他成像技術(shù)以及現(xiàn)有的多角度FDOT系統(tǒng)簡單。
[0042]整個實(shí)驗(yàn)方法的流程如下:
[0043](I)配置系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù):調(diào)節(jié)各裝置位置EMCCD距載物臺距離為40cm，載物臺距激光源位置為5cm，820nm以上濾光片位于載物臺上方5cm，選擇激光源波長為788nm和頻率
0.25Hzo
[0044](2)開啟EMCCD相機(jī)，放置體?；蛘咝游铮{(diào)節(jié)載物臺濾光片和激光源，通過計算機(jī)EMCCD軟件觀察確保都處在同一光路上，調(diào)節(jié)好后，可以關(guān)燈打開激光源開始實(shí)驗(yàn)。
[0045](3)采集激光圖像，將濾光簇轉(zhuǎn)至無濾光片，控制位移臺按照5 *5點(diǎn)陣移動，次數(shù)為橫縱坐標(biāo)各移動4次，每移動一個位置通過控制EMCCD相機(jī)前后或沿導(dǎo)軌移動采集圖像，以激光源所在光路以及順逆時針轉(zhuǎn)動45度各采集一次圖像；當(dāng)激光源沿5 * 5點(diǎn)陣運(yùn)動完畢后，將激光源返回到原點(diǎn)，將濾光簇轉(zhuǎn)至820nm以上濾光片，控制位移臺按照5女5點(diǎn)陣移動，用EMCCD相機(jī)像上述方式采集三張圖像。以上過程也可以通過編程控制達(dá)到自動的實(shí)驗(yàn)過程。
[0046]本發(fā)明的一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，提供了一種將高對比度的rooT與提供的空間結(jié)構(gòu)CT圖像技術(shù)相融合，達(dá)到在Π)0Τ中熒光產(chǎn)率和熒光壽命同時重建，并提取出腫瘤區(qū)域目標(biāo)，為下一步吸收系數(shù)和散射系數(shù)重建提供精確位置信息的一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)及方法。
[0047]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，其特征在于，包括:弧形導(dǎo)軌，所述弧形導(dǎo)軌上接有直線導(dǎo)軌，所述直線導(dǎo)軌的兩末端分別與弧形導(dǎo)軌相接，所述直線導(dǎo)軌上設(shè)置有載物臺，所述載物臺用于放置待測物品;所述弧形導(dǎo)軌與直線導(dǎo)軌連接處設(shè)置有支架，所述支架上設(shè)有EMCCD相機(jī)，所述EMCCD相機(jī)朝向載物臺，所述載物臺和EMCCD相機(jī)之間設(shè)置有濾光片;該系統(tǒng)還包括激光源，所述激光源設(shè)置在EMCCD相機(jī)、濾光片和待測物品所在的光路上。2.如權(quán)利要求1所述的基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括位移臺，所述激光源活動設(shè)置在所述位移臺上。3.如權(quán)利要求2所述的基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，其特征在于，所述濾光片有多個，所述濾光片可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在濾光簇上，所述濾光簇與所述支架固定連接。4.如權(quán)利要求3所述的基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括控制模塊，所述控制模塊分別與位移臺、濾光簇、支架和EMCCD相機(jī)連接，用于對上述組件進(jìn)行位置控制，以及數(shù)據(jù)采集和分析。5.如權(quán)利要求4所述的基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像系統(tǒng)，其特征在于，所述位移臺驅(qū)動激光源在固定垂直平面內(nèi)按照橫縱坐標(biāo)N女N點(diǎn)陣移動。6.一種基于EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像方法，其特征在于，包括以下步驟: 配置各項(xiàng)參數(shù)； 開啟EMCCD相機(jī)，將待測物品放置載物臺，調(diào)節(jié)濾光片和激光源，確保都處在同一光路上，調(diào)節(jié)好后，打開激光源開始采集激光圖像； 采集激光圖像，將濾光簇轉(zhuǎn)至無濾光片，EMCCD相機(jī)前后或沿導(dǎo)軌移動采集激光圖像。7.如權(quán)利要求6所述的EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像方法，其特征在于，所述配置系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)步驟具體包括:調(diào)節(jié)EMCCD相機(jī)位置，使EMCCD相機(jī)距載物臺距離達(dá)到預(yù)設(shè)值，將載物臺與激光源位置調(diào)節(jié)為預(yù)設(shè)距離，使濾光片位于載物臺上方，選擇預(yù)定波長濾光片，設(shè)置激光源的波長和頻率。8.如權(quán)利要求7所述的EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像方法，其特征在于，所述采集激光圖像還包括:控制位移臺驅(qū)動激光源按照N女N點(diǎn)陣移動，每移動一個位置通過控制EMCCD相機(jī)前后或沿導(dǎo)軌移動采集激光圖像。9.如權(quán)利要求8所述的EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像方法，其特征在于，當(dāng)激光源沿原所在光路按N*N點(diǎn)陣運(yùn)動采集激光圖像完畢后，將激光源返回到原點(diǎn)，選擇預(yù)定長濾光片，以激光源所在光路順時針或逆時針轉(zhuǎn)動45度，并沿所在光路按N * N點(diǎn)陣運(yùn)動，用EMCCD相機(jī)像各采集一次激光圖像。10.如權(quán)利要求9所述的EMCCD旋轉(zhuǎn)的熒光斷層成像方法，其特征在于，所述預(yù)定波長濾光片為820nm以上波長濾光片;所述激光源波長為788nm、頻率為0.25Hz，所述N* N點(diǎn)陣具體為5 *5點(diǎn)陣，所述點(diǎn)陣之間距離為2mm，所述EMCXD相機(jī)距載物臺距離為40cm，所述載物臺距激光源位置為5cm。
【文檔編號】A61B5/00GK105997005SQ201610451634
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】陳昳麗, 符吉祥, 李栓, 劉云, 儲大為, 江帆, 謝耀欽, 王磊
【申請人】中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院