專利名稱：一種非接觸固定式熒光分子斷層成像方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熒光分子成像方法及裝置，特別是關(guān)于一種非接觸固定式熒 光分子斷層成像方法及裝置。
背景技術(shù)：
熒光分子斷層成像(Fluorescence molecular tomography,亦稱為熒光分子層析 成像或熒光擴(kuò)散光層析成像)利用已在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中大量使用的具有特異 性的熒光分子作為探針，用于標(biāo)記特定分子或細(xì)胞，其對(duì)生物體內(nèi)分子水平的變 化進(jìn)行在體觀測(cè)，并通過(guò)圖像重建提供目標(biāo)的分布等信息，從而克服了平面成像 的局限性，進(jìn)而獲得了更多有關(guān)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)行為的信息。熒光分子斷層成像具 有靈敏度較高、快捷簡(jiǎn)便、費(fèi)用低、通量相對(duì)高等優(yōu)點(diǎn)，其不僅支持在體研究有 關(guān)的分子事件，而且滿足二十一世紀(jì)系統(tǒng)化地觀測(cè)生命過(guò)程的要求?？焖俚姆墙?br> 觸式熒光分子斷層成像可增加實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的存活率，有利于構(gòu)建長(zhǎng)時(shí)間段的實(shí)驗(yàn)動(dòng) 物模型，從而提高了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的可靠性，因此對(duì)于生命科學(xué)研究具有重要的 現(xiàn)實(shí)意義。
美國(guó)哈佛大學(xué)分子影像研究中心對(duì)穩(wěn)態(tài)熒光分子斷層成像的研究工作具有代 表性，該組提出的早期形式一一光纖接觸式的熒光分子斷層成像裝置(RALPH WEISSLEDER等，Shedding light onto live molecular targets ，《NATURE MEDICINE》，2003: 123-128)，該裝置采用成像腔，實(shí)驗(yàn)時(shí)將動(dòng)物浸泡在匹配液 中，傳光光纖接觸成像腔。該成像方法獲取的激發(fā)光源-探測(cè)器數(shù)據(jù)集較小，激發(fā) 光源探測(cè)器數(shù)據(jù)對(duì)僅為102-103對(duì)，導(dǎo)致了重建圖像的質(zhì)量較差。其后，摒棄了接 觸式光纖的耦合，建立了非接觸式熒光分子斷層成像裝置(NikolaosDeliolanis等， Free-space fluorescence molecular tomography utilizing 360° geometry projections ， 《OPTICS LETTERS》，2007:382-384)。如圖7所示，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體111置于旋轉(zhuǎn) 臺(tái)112上，激發(fā)光源113發(fā)出的激光在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體111橫斷面上進(jìn)行掃描，在實(shí) 驗(yàn)動(dòng)物體111的另一側(cè)放置CCD相機(jī)114，直接拍攝實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體111，非接觸地 獲得實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體111的邊界上熒光信號(hào)強(qiáng)度信息的一系列高空間分辨率的圖像。 在相機(jī)114前有一熒光濾光片115，用于濾除激發(fā)光，只讓熒光通過(guò)進(jìn)入相機(jī)114。 雖然此方法獲得較大數(shù)據(jù)集，激發(fā)光源-探測(cè)器數(shù)據(jù)對(duì)可達(dá)到106，但是因該方法 所采用的相機(jī)的視場(chǎng)、景深、曝光時(shí)間與生物組織的散射特性等因素的影響，每次只能獲取小動(dòng)物體邊界上局部較小范圍內(nèi)的熒光信號(hào)圖像，所獲得熒光信號(hào)圖 像中可用的激發(fā)光源-探測(cè)器數(shù)據(jù)對(duì)少，并且數(shù)據(jù)集的有效性較差，有效數(shù)據(jù)集較 小。為了全角度獲取實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體邊界上360。熒光信號(hào)的、有效的大數(shù)據(jù)集，以提
高重建圖像的質(zhì)量，須進(jìn)行旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物111，小間隔(每隔N度成像一次)地 曝光成像，但該種方法會(huì)導(dǎo)致成像次數(shù)M (M=360/N)多，從而獲取系列熒光圖 像需要的時(shí)間長(zhǎng)。
駱清銘等提出了一種非接觸旋轉(zhuǎn)式擴(kuò)散熒光層析成像系統(tǒng)(申請(qǐng)?zhí)?200710053739.9， 200720087917.5)，在該系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體111固定于固定夾上， 步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)CCD相機(jī)114和半導(dǎo)體激光器圍繞實(shí)驗(yàn)動(dòng)物旋轉(zhuǎn)，以獲得實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 體邊界上360。全角度的熒光信號(hào)。與上述旋轉(zhuǎn)小動(dòng)物方式的熒光分子斷層成像系 統(tǒng)一樣，該系統(tǒng)存在同樣的不足之處，也是獲取系列熒光圖像需要的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
在現(xiàn)有的非接觸式熒光分子斷層成像中，CCD相機(jī)114與激發(fā)光源113必須 和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體111相對(duì)旋轉(zhuǎn)，以獲得實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體111邊界上360。全角度熒光信號(hào)， 如果系統(tǒng)成像時(shí)間長(zhǎng)，不但影響了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體111的存活，不利于構(gòu)建在體長(zhǎng)時(shí) 段的小動(dòng)物模型，而且實(shí)驗(yàn)成像效率低，難以實(shí)現(xiàn)高通量實(shí)驗(yàn)，限制了熒光分子 斷層成像的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種成像速度快、成像質(zhì)量高的非接觸 固定式熒光分子斷層成像方法及裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種非接觸固定式熒光分子斷 層成像方法，其特征在于設(shè)置一包括激發(fā)光源、光切換部件、多根傳光光纖、 多個(gè)光學(xué)鏡頭、傳像光纖和探測(cè)器的成像裝置，將多根傳光光纖和多個(gè)光學(xué)鏡頭 分別設(shè)置在被測(cè)物體的周圍；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制光切換部件，將激發(fā)光源發(fā)出的激 發(fā)光通過(guò)任一傳光光纖照射到被測(cè)物體上，并通過(guò)各光學(xué)鏡頭將被測(cè)物體激發(fā)出 的熒光成像在傳像光纖的各分叉端，然后通過(guò)傳像光纖的復(fù)合端傳輸給設(shè)置在傳 像光纖出光口處的探測(cè)器，依次通過(guò)光切換部件將激發(fā)光切換至不同位置的傳光 光纖，重復(fù)上述的熒光信號(hào)獲取過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全角度獲取被測(cè)物體邊界上360。熒光 信號(hào)。
在所述探測(cè)器的前端設(shè)置有一熒光濾光片。
在各所述光學(xué)鏡頭的前端設(shè)置一熒光濾光片。
在所述光切換部件的前端設(shè)置有一激發(fā)光濾光片。
實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置包括設(shè)置在被測(cè)物體的周圍的多根傳光光纖和多個(gè)光學(xué)
5鏡頭，各所述光學(xué)鏡頭的成像平面處分別設(shè)置有一傳像光纖的分叉端，所述傳像 光纖復(fù)合端的出光口處設(shè)置有一探測(cè)器；各所述傳光光纖的另一端共同連接一個(gè)
光切換部件，所述光切換部件的進(jìn)光側(cè)設(shè)置有一激發(fā)光源。 所述探測(cè)器的前端設(shè)置有一熒光濾光片 各所述鏡頭的前端設(shè)置一熒光濾光片。
所述激發(fā)光源為一波長(zhǎng)為671納米、輸出功率為200毫瓦的半導(dǎo)體激光器。
所述光切換部件的前端設(shè)置有一激發(fā)光濾光片。
所述激發(fā)光源為一 150瓦的鹵鎢燈。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明方法是將傳光光 纖和鏡頭間隔固定在被測(cè)物體周圍，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制光切換部件，將激發(fā)光依次 切換到設(shè)置在不同角度的傳光光纖上，以照射被測(cè)物體激發(fā)產(chǎn)生熒光，因此無(wú)論 是被測(cè)物體，還是熒光成像設(shè)備都是固定非接觸式設(shè)置的，與現(xiàn)有技術(shù)相比，系 統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可以大范圍、非接觸并固定式地激發(fā)被測(cè)物體內(nèi)熒光物質(zhì)的發(fā)光， 獲取更多穩(wěn)定的熒光信號(hào)。2、本發(fā)明由于是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制光切換部件，因此可 以通過(guò)增加傳光光纖和傳像光纖的數(shù)量，提取更多有效的激發(fā)光源一探測(cè)器數(shù)據(jù) 對(duì)，構(gòu)建更大的激發(fā)光源一探測(cè)器數(shù)據(jù)集，提高重建圖像的質(zhì)量。3、本發(fā)明方法 是將激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)光切換部件切換入相應(yīng)的傳光光纖，由傳光光纖導(dǎo) 引至不同位置，因此可以通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)快速切換激發(fā)光入射點(diǎn)，提高了成像速 度。4、本發(fā)明由于在被測(cè)物體周圍設(shè)置了多部光學(xué)鏡頭，每一個(gè)光學(xué)鏡頭僅拍攝 物體的一部分，因此可以縮短拍攝距離，將光學(xué)鏡頭的光圈開到最大，使更多的 被測(cè)物體的熒光信號(hào)通過(guò)光學(xué)鏡頭進(jìn)入探測(cè)器，從而縮短了曝光時(shí)間，進(jìn)一步提 高了成像速度。本發(fā)明能夠360°全角度、非接觸固定地采集被測(cè)物體的熒光信號(hào)， 并且成像效率、質(zhì)量高。


圖1是本發(fā)明中激發(fā)光源、光切換部件和傳光光纖的組成示意圖 圖2是本發(fā)明中光學(xué)鏡頭、傳像光纖和探測(cè)器的組成示意圖 圖3是本發(fā)明中傳像光纖的結(jié)構(gòu)示意圖 圖4是本發(fā)明熒光濾光片位于光學(xué)鏡頭前端的示意圖 圖5是本發(fā)明激發(fā)濾光片位于激發(fā)光源和光切換部件之間的示意圖 圖6是本發(fā)明熒光濾光片位于探測(cè)器前端的示意圖 圖7是現(xiàn)有技術(shù)中熒光分子成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1 圖3所示，本發(fā)明方法是設(shè)置一包括激發(fā)光源l、光切換部件2、多 根傳光光纖3、多個(gè)光學(xué)鏡頭4、傳像光纖5和探測(cè)器6的成像裝置，將多根傳光 光纖3和多個(gè)光學(xué)鏡頭4分別設(shè)置在被測(cè)物體7的周圍。首先通過(guò)計(jì)算機(jī)(圖中 未示)控制光切換部件2，將來(lái)自激發(fā)光源1的激發(fā)光通過(guò)任一傳光光纖5照射到 被測(cè)物體7上，并通過(guò)各光學(xué)鏡頭4將被測(cè)物體7激發(fā)出的熒光成像在傳像光纖5 的各分叉端8，然后通過(guò)傳像光纖5的復(fù)合端9傳輸給設(shè)置在傳像光纖5出光口處 的探測(cè)器6，依次通過(guò)光切換部件2將激發(fā)光切換至不同位置的傳光光纖3，重復(fù) 上述的熒光信號(hào)獲取過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全角度獲取被測(cè)物體7邊界上360。熒光信號(hào)。下 面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1:
如圖4、圖5所示，本實(shí)施例的裝置包括一設(shè)置在被測(cè)物體7的周圍的24根 傳光光纖31 324和4個(gè)光學(xué)鏡頭41 44，在各光學(xué)鏡頭41 44的成像平面處分 別設(shè)置有一傳像光纖5的分叉端，傳像光纖51 54復(fù)合端的出光口處設(shè)置有一探 測(cè)器6;各傳光光纖31 324的另一端共同連接一個(gè)光切換部件2，光切換部件2 同時(shí)連接一計(jì)算機(jī)，用于接收計(jì)算機(jī)的指令，以將激發(fā)光切換到任一傳光光纖31 324。在光切換部件2的進(jìn)光側(cè)設(shè)置有一激發(fā)光源1，在光切換部件2的前端設(shè)置 有一激發(fā)光濾光片10，這樣使能夠激發(fā)被測(cè)物體7內(nèi)熒光物質(zhì)發(fā)光波段的激發(fā)光 進(jìn)入光切換部件2，而濾除其它雜光。同時(shí)在各光學(xué)鏡頭41 44的前端分別設(shè)置 了一個(gè)熒光濾光片11，用于濾除激發(fā)光等干擾，僅使熒光進(jìn)入光學(xué)鏡頭41 44 內(nèi)。.
上述實(shí)施例中，激發(fā)光源1可以采用一 150瓦的鹵鎢燈光源，切換部件2可 以采用一現(xiàn)成的切換器，傳光光纖31 324可以選用玻璃光纖或石英光纖。光學(xué) 鏡頭41 44采用四個(gè)光圈f2.0的鏡頭，且光學(xué)鏡頭采光面朝向被測(cè)物體7。傳像 光纖51 54的另一端集束成一復(fù)合端13 (如圖4所示)。探測(cè)器6是一個(gè)相機(jī)， 相機(jī)可以是數(shù)碼相機(jī)，也可以是其它成像裝置。
本實(shí)施例使用時(shí)，首先來(lái)自激發(fā)光源1的激發(fā)光經(jīng)激發(fā)濾光片10濾光后，到 達(dá)光切換部件2，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制光切換部件2，將激發(fā)光通過(guò)任一傳光光纖31 324照射到被測(cè)物體7上，通過(guò)各光學(xué)鏡頭41 44將被測(cè)物體7激發(fā)出的熒光經(jīng) 過(guò)熒光濾光片ll后，成像在傳像光纖的各分叉端81 84，然后通過(guò)傳像光纖的復(fù) 合端9傳輸給設(shè)置在傳像光纖51 54出光口處的探測(cè)器6，依次通過(guò)光切換部件 2將激發(fā)光切換至不同位置的傳光光纖31 324，重復(fù)上述的熒光信號(hào)獲取過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全角度獲取被測(cè)物體7邊界上360。熒光信號(hào)。
實(shí)施例2:
如圖6所示，本實(shí)施例的裝置大部分與實(shí)施例1相同，但是本實(shí)施例中的激 發(fā)光源1采用一波長(zhǎng)671納米、輸出功率200毫瓦的半導(dǎo)體激光器，因此在光切 換部件2的前端不用設(shè)置激發(fā)光濾光片10。本實(shí)施例中的傳光光纖3為12根，也 可以更多或更少。另外設(shè)置在光學(xué)鏡頭41 44前端的各熒光濾光片11也可以不 設(shè)置，而僅將一個(gè)熒光濾光片11設(shè)置在探測(cè)器6前端。
本實(shí)施例使用時(shí)，首先通過(guò)計(jì)算機(jī)控制光切換部件2，將來(lái)自激發(fā)光源1的激 發(fā)光通過(guò)任一傳光光纖31 312照射到被測(cè)物體7上，并通過(guò)各光學(xué)鏡頭41 44 將被測(cè)物體7激發(fā)出的熒光成像在傳像光纖的各分叉端81 84，然后通過(guò)傳像光 纖的復(fù)合端9經(jīng)過(guò)熒光濾光片11濾除激發(fā)光后，傳輸給設(shè)置在傳像光纖51 54 出光口處的探測(cè)器6。計(jì)算機(jī)通過(guò)光切換部件2依次將激發(fā)光切換至不同位置的傳 光光纖31 312，重復(fù)上述的熒光信號(hào)獲取過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全角度獲取被測(cè)物體7邊界 上360。熒光信號(hào)。
上述各實(shí)施例中，激發(fā)濾光片10和熒光濾光片11均是根據(jù)被測(cè)物體7內(nèi)的 熒光物質(zhì)的激發(fā)波長(zhǎng)不同，來(lái)選擇不同的濾光片。光學(xué)鏡頭4與傳像光纖5上的 分叉端8的數(shù)目相同，但該數(shù)目可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
上述各實(shí)施例中，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置、及其連接都是可以有所變化的， 在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，不應(yīng)排除在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
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權(quán)利要求
1、一種非接觸固定式熒光分子斷層成像方法，其特征在于設(shè)置一包括激發(fā)光源、光切換部件、多根傳光光纖、多個(gè)光學(xué)鏡頭、傳像光纖和探測(cè)器的成像裝置，將多根傳光光纖和多個(gè)光學(xué)鏡頭分別設(shè)置在被測(cè)物體的周圍；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制光切換部件，將激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光通過(guò)任一傳光光纖照射到被測(cè)物體上，并通過(guò)各光學(xué)鏡頭將被測(cè)物體激發(fā)出的熒光成像在傳像光纖的各分叉端，然后通過(guò)傳像光纖的復(fù)合端傳輸給設(shè)置在傳像光纖出光口處的探測(cè)器，依次通過(guò)光切換部件將激發(fā)光切換至不同位置的傳光光纖，重復(fù)上述的熒光信號(hào)獲取過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全角度獲取被測(cè)物體邊界上360°熒光信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種非接觸固定式熒光分子斷層成像方法，其特征在 于在所述探測(cè)器的前端設(shè)置有一熒光濾光片。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種非接觸固定式熒光分子斷層成像方法，其特征在 于在各所述光學(xué)鏡頭的前端設(shè)置一熒光濾光片。
4、 如權(quán)利要求1或2或3所述的一種非接觸固定式熒光分子斷層成像方法， 其特征在于在所述光切換部件的前端設(shè)置有一激發(fā)光濾光片。
5、 如權(quán)利要求1或2或3所述的一種非接觸固定式熒光分子斷層成像方法， 其特征在于所述光學(xué)鏡頭在拍攝時(shí)采用最大光圈。
6、 如權(quán)利要求4所述的一種非接觸固定式熒光分子斷層成像方法，其特征在 于所述光學(xué)鏡頭在拍攝時(shí)采用最大光圈。
7、 一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1 6所述方法的非接觸固定式熒光分子斷層成像裝置，其特征在于它包括設(shè)置在被測(cè)物體的周圍的多根傳光光纖和多個(gè)光學(xué)鏡頭， 各所述光學(xué)鏡頭的成像平面處分別設(shè)置有一傳像光纖的分叉端，所述傳像光纖復(fù) 合端的出光口處設(shè)置有一探測(cè)器；各所述傳光光纖的另一端共同連接一個(gè)光切換 部件，所述光切換部件的進(jìn)光側(cè)設(shè)置有一激發(fā)光源。
8、 如權(quán)利要求7所述的一種非接觸固定式熒光分子斷層成像裝置，其特征在 于所述探測(cè)器的前端設(shè)置有一熒光濾光片。
9、 如權(quán)利要求7所述的一種非接觸固定式熒光分子斷層成像裝置，其特征在 于各所述鏡頭的前端設(shè)置一熒光濾光片。
10、 如權(quán)利要求7或8或9所述的一種非接觸固定式熒光分子斷層成像裝置， 其特征在于所述激發(fā)光源為一波長(zhǎng)為671納米、輸出功率為200毫瓦的半導(dǎo)體 激光器。
11、 如權(quán)利要求7或8或9所述的一種非接觸固定式熒光分子斷層成像裝置， 其特征在于所述光切換部件的前端設(shè)置有一激發(fā)光濾光片。
12、 如權(quán)利要求ll所述的一種非接觸固定式熒光分子斷層成像裝置，其特征 在于所述激發(fā)光源為一 150瓦的鹵鎢燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非接觸固定式熒光分子斷層成像方法及裝置，其特征在于設(shè)置一包括激發(fā)光源、光切換部件、多根傳光光纖、多個(gè)光學(xué)鏡頭、傳像光纖和探測(cè)器的成像裝置，將多根傳光光纖和多個(gè)光學(xué)鏡頭分別設(shè)置在被測(cè)物體的周圍；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制光切換部件，將激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光通過(guò)任一傳光光纖照射到被測(cè)物體上，并通過(guò)各光學(xué)鏡頭將被測(cè)物體激發(fā)出的熒光成像在傳像光纖的各分叉端，然后通過(guò)傳像光纖的復(fù)合端傳輸給設(shè)置在傳像光纖出光口處的探測(cè)器，依次通過(guò)光切換部件將激發(fā)光切換至不同位置的傳光光纖，重復(fù)上述的熒光信號(hào)獲取過(guò)程，實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體邊界上360°全角度熒光信號(hào)。本發(fā)明能夠360°全角度、非接觸固定地采集被測(cè)物體的熒光信號(hào)，并且成像效率、質(zhì)量高。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101485560SQ20081022661
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者汪待發(fā), 凈 白, 董志華, 陳延平, 陳欣瀟 申請(qǐng)人:清華大學(xué)