[实用新型]一种PET‑荧光双模态术中导航成像系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物医学成像领域，具体涉及一种PET-荧光双模态术中导航成像系统。

背景技术

目前，手术治疗是大部分肿瘤的主要治疗手段，大约90％的肿瘤使用手术作为诊断和分期的工具，病人的术后生存期和生存质量与手术切除彻底程度密切相关。早在2003年，美国哈佛医学院的John V.Frangioni教授便在J.Biomed.Opt上发表论文指出，在癌症手术中缺少适合外科医生的成像设备。直到目前，多数外科医生在术中仍旧只能通过肿瘤的外形、组织病理学特征和个人经验做出判断，无法对肿瘤的大小、边界和肿瘤是否彻底清除做出客观、准确的诊断。

2008年诺贝尔化学奖得主钱永健教授用荧光显微镜引导切除小鼠的肿瘤组织，提出了光学分子影像手术导航的概念,其相关研究发表在2010年的美国科学院院刊PNAS上。随着相关技术的进一步发展和完善，适用于临床的术中荧光成像系统被德国和荷兰的联合研究团队开发出来，并于2011年在荷兰首次应用在了卵巢癌病人的肿瘤切除手术中。中国科学院自动化研究所团队于2012年开始自主研发出术中光学分子影像手术导航系统。该系统可以高灵敏度和高精度地在术中探测肿瘤病灶的位置，客观勾勒肿瘤病灶的边界，并有效探测术中切除的肿瘤残余。2013年，John V.Frangioni教授与荷兰莱顿大学医疗中心外科医生Alexander L.Vahrmeijer教授联名在Nat.Rev.Clin.Oncol上撰文指出，近红外荧光成像技术可以为临床医生提供有效帮助。利用新型的术中荧光成像技术辅助肿瘤外科大夫进行肿瘤病灶的精准手术切除，成为术中肿瘤治疗的重要手段。

综上所述，荧光成像是一种有效的针对术中导航的影像手段。但是，单模态的荧光成像受限于组织对光子的强烈散射和吸收，组织深处的信号难以穿透至表面，因此对深处肿瘤的灵敏度低，仅能有效探测浅表处的肿瘤。同时能应用于手术的荧光物质难以进行化学修饰，存在靶向性较差的问题。探测成像深度浅和靶向性差成为限制荧光成像的重要因素。

目前，基于PET的手术导航系统还处于研究中。多数PET手术导航的研究集中在如何将术前的PET图像和术中的CT图像进行快速融合，以实现PET/CT当场配准，但是这一技术受限于术中患者手术部分的位置变化，仅能在手术初期予以引导，无法在术中实时引导；此外，荷兰和瑞士的科学家利用伽马探测器对正电子(β+)核素进行计数测量，作为术中实时肿瘤切除的引导，但由于该技术对于肿瘤部位的定位较差，手术过程中对于医生的辅助作用有限，后续进一步的推广也受到了限制。

PET成像不受组织深度影响，且针对肿瘤有较好的靶向性，能有效的弥补荧光成像和患者自主手术切除肿瘤的局限性。PET-荧光双模态导航弥补了PET和荧光各自的成像缺陷，是一种有潜力的针对术中导航的影像学手段。

实用新型内容

由于荧光成像灵敏度高、成像速度快，但成像深度浅，难以三维定位；而PET成像探测深度深、可以三维定位、对肿瘤组织的靶向性好，两者在技术上互补，本实用新型提出一种PET成像和荧光成像相结合的成像系统，用于肿瘤外科手术导航。

本实用新型的PET-荧光双模态术中导航成像系统包括：PET成像装置、荧光成像装置、空间配准装置、机械控制架、成像床、计算机和显示装置；其中，成像样本放置在成像床上，成像床设置在机械控制架上；PET成像装置、荧光成像装置和空间配准装置分别安装在机械控制架上并对着成像样本；PET成像装置、荧光成像装置、空间配准装置、机械控制架和显示装置分别通过数据线连接至计算机；空间配准装置包括多个不同角度的相机，通过计算机形成成像样本的三维表面轮廓图像；PET成像装置通过计算机形成成像样本的内部结构的三维PET图像；荧光成像装置通过计算机形成成像样本的二维荧光图像；三维表面轮廓图像与三维PET图像进行图像配准融合得到的成像目标的包括表面轮廓和内部结构的三维融合图像，以及二维荧光图像，显示在显示装置上。