[发明专利]一种结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统和方法

说明书

本发明公开一种结合X‑ray和荧光的多模态断层成像系统和方法，设置X‑ray激励和探测模块位于与旋转镜结构转轴正交的水平轴上，成像物体固定在水平面内旋转的透光水平旋转台上。在成像物体CT成像中，水平旋转台转动带动成像物体在水平面内转动，实现不同角度的X‑ray激励和探测。在X‑ray荧光断层成像中，水平旋转台带动成像物体旋转到不同角度，实现不同的X‑ray激励；在每个X‑ray激励方向，旋转镜可以旋转到不同角度实现多角度的光学探测。本发明中基于推拉式载物平台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；位于载物平台上透光的旋转动物床保证成像物体在自然的状态下进行快速的多模态成像。

技术领域

本发明属于分子成像技术领域，具体来说，是一种结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统和方法，可同时获得结构和功能两方面的信息。

背景技术

利用特异性的携带荧光的探针来标记特定的分子或细胞，基于光学的分子影像可以通过表明探测到的荧光信号来反演靶标在小动物体内分布。依据成像探针的不同，可以分为荧光分子断层成像（Fluorescence molecular tomography）和X射线荧光断层成像（X-ray fluorescence tomography）。在荧光分子断层成像中，所用的荧光探针需要被特定波长范围的激励光源激发发出荧光。在X射线荧光断层成像中，所使用的探针可以被X射线激发后发出荧光。

在荧光分子断层成像中，无需利用X-ray，即可以完成成像。然而，光子在生物组织中的强散射使得断层成像的空间分辨能力受限。结合X-ray CT的解剖结构信息，光学成像的分辨能力可以大幅度提升，并且结合解剖结构图像对光学分子影像的分析和解释会更为全面。

然而，目前的结合光学和X-ray的多模态成像系统存在一些局限。最简单的多模态系统通常将光学和X-ray的激励和探测元件固定，通过轴向旋转小动物来实现多模态成像。然而这类系统对小动物的悬吊使得成像的准备过程相对复杂，并且旋转过程也容易带来小动物及其内部器官位置的移动。另外一种实现方式是通过在一个旋转架上安装光学和X-ray的激励和探测元件，然而将这些精密、笨重的部件安装在旋转架上一方面使得系统实现复杂，另一方面也使得系统校准过程复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种多模态断层成像系统和方法，是一种无须轴向旋转小动物，并且无须旋转光学和X-ray激励和探测部件的全角度X-ray和光学的多模态成像系统；可以进行荧光分子断层成像、X-ray荧光断层成像和小动物CT成像等，提供结构和分子影像的信息，能够应用于高分辨分子影像研究领域。

一种结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统，包括推拉式载物平台、旋转镜模块、二维激光扫描模块、透光旋转动物床、X-ray 成像系统与光学采集模块。

其中，推拉式载物平台上安装有透光旋转动物床，实现透光旋转动物床在水平方向上的平移运动；透光旋转动物床用来放置成像物体，实现成像物体周向上的旋转。

所述旋转镜模块包括左部旋转镜模块与右部旋转镜模块；左部旋转镜模块与右部旋转镜模块均包括转轮支架、转盘、转盘转轴、同步带传动结构B与两块反射镜；其中，转轮支架上通过轴承安装有转盘转轴，转盘转轴为筒状结构，用作推拉式载物平台平移的通道；转盘固定在转盘转轴端部。反射镜为两块，安装转轮支架一侧，分别通过反射镜固定件安装在转盘上，使两块反射镜，镜面相对，相互平行，与水平面形成夹角；同步带传动结构B用来驱动转盘转轴转动，进而实现两块反射镜的转动。

上述结构右部旋转镜模块中两个反射镜与左部旋转镜模块中的两个反射镜相对设置；同时，左部旋转镜模块中的转盘上还安装有扫描架，用来安装二维激光扫描模块。