[发明专利]一种基于单滑环和无线控制激发光扫描的荧光分子断层成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于荧光分子断层成像技术领域，具体涉及一种基于单滑环和无线控制发光扫描的荧光分子断层成像装置及方法。

背景技术

荧光活体成像能够在活体层次上观察分子和细胞级别的生物活动，因而得到了广泛的关注和发展。荧光分子断层成像（Fluorescence molecular tomography,FMT）的目标是从表面检测荧光光子来准确定位和定量荧光探针在成像物体内部的分布，成为了近年来的研究热点。在这种方法中，在一侧，激发光点（某个波长的激光）在成像物体表面的不同位置进行扫描。进入成像物体内的激发光激发其体内的荧光团发出荧光。在另一侧，表面出射的荧光和激发光分别被探测器相应检测到。基于在大批量的光源-检测对上获取的原始信号，结合光子传播的数学模型，可以重建出荧光探针三维分布。

荧光分子断层成像的性能高度依赖于其相应的图像采集系统的设置，而全角度扫描已被证明能大幅度提高成像质量。2007年，N.Deliolanis等首次提出了全角度采集的荧光分子断层成像方法（Free0space fluorescence molecular tomography utilizing360°geometry projections.Optics Letters,2007,32(4):3820384），能够在360度的角度范围内的多个角度采集图像，提高了光源-检测点对数，获取了更多的有效信息，大幅度改善了FMT的图像分辨能力。为了简单，成像系统通过固定架将成像物体悬挂在一个旋转台上以实现全角度图像采集。然而，这种情况下，成像物体并不是处于其自然态，在一些生物学现象的应用上值得商榷。同时，成像物体的悬挂复杂耗时，降低了系统的成像通量。另外，为了避免成像物体内部器官的扭曲，旋转台的旋转速度通常不能很快，限制了系统的成像速度的提高，限制了它在一些快速的生物现象的观察上应用。C.Li等提出了一种基于锥形镜的FMT成像系统（A three0dimensional multispectral fluorescence optical tomography imaging system for small animals based on a conical mirror design.Optics Express,2009,17(9):757107585）。这个系统，利用锥形镜能够一次观察成像物体的360度方向的表面，并利用一对光学扫描振镜实现激发光的位置扫描。在该成像系统下，成像物体不用被旋转。但是，该系统有以下局限：1)只有一小部分的相机检测区域被有效用于检测信号，使得其效率比较低，原始信号的分辨能力也较低;2)锥形镜使得成像有离焦现象，模糊了原始图像。这些局限均使得该全角度系统的空间分辨能力有所损失。公开号为CN102961122A的专利文献公开了一种基于旋转镜的FMT成像装置，该成像装置避免了成像物体悬挂旋转、成像离焦等缺点，并且其旋转运动部件无导线连接，不存在导线缠绕问题，实现了360°全角度成像，提高了成像分辨力。然而，这个装置存在以下局限。首先，该系统光路设计时，为求较好的成像效果，光学元件需要间隔一定的空间距离。虽然使用了大平面反射镜折转光路，但是装置所占用的空间还是比较大；其次，该装置无法实现推拉式的成像物体放置方式，成像物体放置时操作者容易触碰到反射镜等光学部件，影响操作安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单滑环和无线控制激发光扫描的全角度荧光分子成像装置和方法。该成像装置能够对成像物体内的荧光探针的分布进行在体探测，可以用于成像物癌症检测、药物开发等领域。该成像装置能够实现真正的360°全角度成像，得到断层成像所需要的大量数据，提高成像质量。基于滑轨的推拉式载物台模块的设计使得成像物体的放置方便、快捷、安全，并且成像物体无需悬吊，处于其自然状态，方便生物医学应用。基于无线控制的激发光扫描模块设计避免了信号传输线的使用，因而系统中只存在两根可能缠绕的导线（电源和地），利用单个滑环即可解决旋转带来的导线缠绕问题，简化了系统结构和设计。

本发明提供的基于单滑环和无线控制激发光扫描的荧光分子断层成像装置包括：滑环供电模块、无线控制激发光扫描模块、旋转镜模块、光学采集模块和推拉式载物台模块。在激发光扫描模块中，激光管发出的激光光束进入二维扫描振镜，在无线数据传输模块的控制下，振镜发生偏转并反射激光束，使之直接投射到载物台上的成像物体上。成像物体激发出的荧光经过旋转镜模块的折转光路进入光学采集模块，被光学采集模块采集。其中，无线控制激发光扫描模块由固定于转盘上的滑环供电模块的转子端引出的两根导线供电。