RU2368306C2

RU2368306C2 - Device for obtaining fluorescent tomographic images

Info

Publication number: RU2368306C2
Application number: RU2007144338/14A
Authority: RU
Inventors: Илья Викторович Турчин (RU); Илья Викторович Турчин; Владислав Антониевич Каменский (RU); Владислав Антониевич Каменский; Владимир Иванович Плеханов (RU); Владимир Иванович Плеханов; Анна Геннадьевна Орлова (RU); Анна Геннадьевна Орлова; Михаил Сергеевич Клешнин (RU); Михаил Сергеевич Клешнин
Original assignee: Институт прикладной физики РАН
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-09-27
Also published as: RU2007144338A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention relates to medical diagnostics and can be used for obtaining fluorescent tomographic images of high resolution in area of examined object which presents interest. Device contains laser radiation source, modulated by amplitude and supplied with at least one fibrous-optical outlet, radiation receiver, supplied with at least one fibrous-optical inlet, installed with possibility to scan radiation in area of examined object which presents interest, and unit of signal processing and visualisation. Fibrous-optical inlets and outlets are supplied with systems of electromechanical shifts of inlet and outlet, respectively connected with unit of movement control, made with possibility, independently on each other, with set step and space shift, to move fibrous-optical inlet and outlet. Unit of signal processing and visualisation ensures creation of three-dimensional image of area of examined object which presents interest with flat scanning model.

EFFECT: application of invention allows to increase space resolution of tomographing device and simplify its construction.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, в частности к медицинской диагностике, и может быть использовано для получения флуоресцентных томографических (трехмерных) изображений большого разрешения в интересующей области исследуемого объекта.The invention relates to medicine, in particular to medical diagnostics, and can be used to obtain high-resolution fluorescence tomographic (three-dimensional) images in the area of interest of the studied object.

Томография - решение обратной задачи, т.е. восстановление внутренней структуры исследуемого объекта по данным, которые получены в результате серии измерений при различных положениях источника излучения и приемника относительно объекта. Оптическая диффузионная томография (ОДТ) основана на получении информации из сильно рассеянной (диффузной) компоненты зондирующего излучения, которая может проникать в биоткань на глубину порядка нескольких сантиметров. ОДТ определяет поглощающие и рассеивающие неоднородности внутри биоткани при обработке сигнала от прошедшего через ткань лазерного излучения. Как и для любого другого трансмиссионного метода, задача обработки сигнала сводится к реконструкции распределения поглощения и рассеяния по измеренному набору интегралов по траекториям. В отличие от рентгеновской просветной томографии, где можно считать трассы лучей прямыми, здесь этого сделать нельзя из-за сильного рассеяния оптического излучения биологическими тканями. ОДТ целесообразно применять для получения изображения объектов на глубине от 1 см. ОДТ является высокочувствительным неразрушающим методом и может использоваться для оперативной медицинской диагностики.Tomography is a solution to the inverse problem, i.e. restoration of the internal structure of the studied object according to the data obtained as a result of a series of measurements at various positions of the radiation source and receiver relative to the object. Optical diffusion tomography (ODT) is based on obtaining information from the highly scattered (diffuse) components of the probe radiation, which can penetrate into biological tissue to a depth of several centimeters. ODT determines the absorbing and scattering inhomogeneities inside the biological tissue during signal processing from the laser radiation transmitted through the tissue. As for any other transmission method, the signal processing problem is reduced to reconstructing the distribution of absorption and scattering along the measured set of path integrals. Unlike x-ray tomography, where ray paths can be considered straight, this cannot be done here because of the strong scattering of optical radiation by biological tissues. It is advisable to use ODT to obtain images of objects at a depth of 1 cm. ODT is a highly sensitive non-destructive method and can be used for operational medical diagnostics.

Контраст изображения отдельных структур биоткани и их изменений может быть существенно улучшен за счет использования эффекта флуоресценции. При этом облучение объекта происходит на длине возбуждения флуоресцирующих веществ, а детектирование сигнала как на длине волны зондирующего излучения, так и в спектре флуоресценции вещества. Флуоресцирующими веществами могут быть экзогенные и эндогенные флуорофоры.The contrast of the image of individual structures of biological tissue and their changes can be significantly improved by using the fluorescence effect. In this case, the object is irradiated at the excitation length of fluorescent substances, and the signal is detected both at the wavelength of the probe radiation and in the fluorescence spectrum of the substance. Fluorescent substances can be exogenous and endogenous fluorophores.

Известно несколько вариантов установок, использующих метод флуоресцентной диффузионной томографии, отличающихся типом источника зондирующего излучения:There are several options for installations using the method of fluorescence diffusion tomography, differing in the type of probe radiation source:

импульсная, модуляционная и непрерывная.pulse, modulation and continuous.

В импульсной оптической томографии в качестве источника излучения используется, как правило, Ti:Аl₂О₃ фемтосекундный лазер, генерирующий мощные короткие импульсы, а флуоресценция детектируется устройствами с высоким временным разрешением. Эффективность установки для импульсной томографии очень высока, поскольку о флуорофоре можно судить не только по интенсивности флуоресцентного сигнала, но и по релаксации флуоресцентного свечения, развернутой во времени. Однако помимо высокой стоимости эти установки сложны в использовании, требуют большого времени сканирования исследуемого объекта и обладают низкой чувствительностью по сравнению с непрерывной и модуляционной томографией.In pulsed optical tomography, a Ti: Al ₂ O ₃ femtosecond laser, which generates powerful short pulses, is usually used as a radiation source, and fluorescence is detected by devices with high temporal resolution. The efficiency of the apparatus for pulsed tomography is very high, since the fluorophore can be judged not only by the intensity of the fluorescent signal, but also by the relaxation of the fluorescent glow, unfolded in time. However, in addition to the high cost, these installations are difficult to use, require a long scan time of the studied object and have low sensitivity compared to continuous and modulation tomography.

В модуляционной оптической томографии лазерное излучение модулируется по амплитуде, а прошедший через ткань сигнал регистрируется и подается на вход синхронного детектора, что позволяет вычислить амплитуду и фазу флуоресцентного сигнала. Фаза флуоресцентного сигнала позволяет измерить важный параметр, характеризующий флуорофор, - время релаксации свечения флуорофора. Этот параметр может быть также найден и в импульсной томографии по релаксации флуоресцентного свечения, развернутой во времени. Информации в этих параметрах содержится меньше, чем в измеряемых параметрах при импульсной томографии, однако данная конфигурация не требует использования сложных дорогостоящих лазеров и камер. По сравнению с импульсной и непрерывной томографией модуляционная обладает наибольшей чувствительностью.In modulation optical tomography, the laser radiation is modulated in amplitude, and the signal transmitted through the tissue is recorded and fed to the input of a synchronous detector, which allows one to calculate the amplitude and phase of the fluorescent signal. The phase of the fluorescent signal makes it possible to measure an important parameter characterizing the fluorophore — the relaxation time of the fluorophore glow. This parameter can also be found in pulsed tomography from the relaxation of the fluorescence glow developed in time. Information in these parameters contains less than in the measured parameters during pulsed tomography, however, this configuration does not require the use of complex expensive lasers and cameras. Compared to pulsed and continuous tomography, modulation has the highest sensitivity.

В непрерывной томографии отсутствует какая-либо модуляция интенсивности облучающего света. Это наиболее простой вариант технического решения, направленного на получение флуоресцентных изображений, который дает минимальную информацию об исследуемом объекте.In continuous tomography there is no modulation of the intensity of the irradiating light. This is the simplest version of a technical solution aimed at obtaining fluorescence images, which gives minimal information about the studied object.

По патенту US 5832922, МПК⁶ А61В 6/00 публ. 10.11.1998 известно устройство оптической диффузионной томографии, включающее в себя лазерный источник непрерывного излучения, приемник излучения, соединенный с блоком обработки сигнала. Сформированный широкий пучок зондирующего излучения от лазерного источника направляется на исследуемый объект. Рассеянное от исследуемого объекта излучение попадает на приемник излучения. Затем в блоке обработки сигнала происходит его оцифровка и последующая математическая обработка с выводом изображения на экран. Недостатком данного устройства является невозможность повышения контрастности в случае получения изображений малоконтрастных структур.According to the patent US 5832922, IPC ⁶ A61B 6/00 publ. 11/10/1998 a device of optical diffusion tomography is known, which includes a laser source of continuous radiation, a radiation receiver connected to a signal processing unit. The generated wide beam of probe radiation from a laser source is directed to the object under study. The radiation scattered from the object under investigation falls on the radiation receiver. Then, in the signal processing unit, it is digitized and the subsequent mathematical processing with the output of the image on the screen. The disadvantage of this device is the inability to increase contrast in the case of obtaining images of low-contrast structures.

По патенту US 6304771, МПК⁷ А61В 6/00 16.10.2001 известно устройство модуляционной диффузионной томографии, работающее по принципу, что и устройство по патенту US 5832922, но включающее в себя дополнительные конструктивные элементы, такие как: генератор, модулятор и синхронный детектор, необходимые для регистрации фазы огибающей зондирующего излучения. За счет измерения фазы сигнала данное устройство позволяет получать томографические изображения объектов, преломляющих свет, внутри однородной сильно рассеивающей среды с использованием единственного волоконно-оптического выхода источника излучения и единственного волоконно-оптического входа приемника. В другом варианте выполнения за счет использования нескольких волоконно-оптических выходов источника излучения, помимо регистрации фазы огибающей зондирующего излучения, приведенное устройство позволяет получать томографические изображения флуоресцирующего объекта внутри оптически мутной среды. Использование флуорофора позволяет повысить контрастность получаемых изображений. Однако данное устройство имеет низкое пространственное разрешение из-за отсутствия возможности сканирования исследуемой среды.According to patent US 6304771, IPC ⁷ AB 6/00 10/16/2001, a modulation diffusion tomography device is known that works on the principle of the device according to US 5832922, but including additional structural elements, such as a generator, a modulator and a synchronous detector, necessary for recording the phase of the envelope of the probe radiation. By measuring the phase of the signal, this device allows you to obtain tomographic images of objects refracting light inside a homogeneous strongly scattering medium using a single fiber-optic output of the radiation source and a single fiber-optic input of the receiver. In another embodiment, through the use of several fiber-optic outputs of the radiation source, in addition to registering the phase of the envelope of the probe radiation, the device allows to obtain tomographic images of a fluorescent object inside an optically turbid medium. The use of fluorophore can increase the contrast of the resulting images. However, this device has a low spatial resolution due to the inability to scan the studied medium.

Ближайшим аналогом разработанного устройства получения флуоресцентных томографических (трехмерных) изображений является устройство флуоресцентной молекулярной томографии (патент US 6615063, МПК⁷ А61В 5/00 публ. 02.09.2003), которое включает лазерный источник излучения с множеством оптоволоконных выходов (оптоволоконная матрица), приемник излучения с множеством оптоволоконных входов, блок обработки сигнала и визуализации. Излучение от лазерного источника через оптоволоконные выходы попадает на исследуемый объект, в который предварительно введен флуорофор. Флуоресцентное излучение от исследуемого объекта принимается оптоволоконными входами приемника излучения, в качестве которого используется CCD-камера, и далее поступает в блок обработки сигнала и визуализации. При этом двумерное сканирование источником излучения осуществляется за счет переключения от одного оптоволоконного выхода к другому, а сканирование приемником осуществляется за счет переключения оптоволоконных входов. На экран выводится изображение флуоресцирующего объекта.The closest analogue of the developed device for obtaining fluorescence tomographic (three-dimensional) images is a device for fluorescence molecular tomography (patent US 6615063, IPC ⁷ A61B 5/00 publ. 09/02/2003), which includes a laser radiation source with many optical fiber outputs (fiber optic matrix), a radiation receiver with many fiber-optic inputs, signal processing and visualization unit. The radiation from the laser source through the fiber optic outputs falls on the object under study, in which the fluorophore is previously introduced. The fluorescent radiation from the object under study is received by the fiber-optic inputs of the radiation receiver, which is used as a CCD camera, and then goes to the signal processing and visualization unit. In this case, two-dimensional scanning by the radiation source is carried out by switching from one fiber-optic output to another, and scanning by the receiver is carried out by switching the fiber-optic inputs. An image of a fluorescent object is displayed on the screen.

Однако пространственное разрешение данной системы зависит от фиксированного взаимного расположения оптоволоконных выходов источника излучения и входов приемника, а также от их общего количества и ограничено диаметром оптоволокна, поэтому данное устройство не позволяет детально исследовать интересующую область, поскольку невозможно сделать шаг сканирования меньше диаметра волокна.However, the spatial resolution of this system depends on the fixed relative position of the fiber-optic outputs of the radiation source and the inputs of the receiver, as well as on their total number and is limited by the diameter of the fiber, therefore this device does not allow a detailed study of the region of interest, since it is impossible to make the scan step smaller than the fiber diameter.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение пространственного разрешения устройства получения флуоресцентных томографических изображений, а также упрощение его конструкции.The problem to which the present invention is directed is to increase the spatial resolution of the device for obtaining fluorescence tomographic images, as well as simplifying its design.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что разработанное устройство получения флуоресцентных томографических изображений так же, как и устройство, которое является ближайшим аналогом, содержит лазерный источник излучения, приемник излучения, блок обработки сигнала и визуализации.The specified technical result is achieved due to the fact that the developed device for obtaining fluorescence tomographic images, as well as the device that is the closest analogue, contains a laser radiation source, radiation receiver, signal processing and visualization unit.

Новым в разработанном устройстве получения флуоресцентных томографических изображений является то, что лазерный источник излучения выполнен с возможностью модуляции по амплитуде и снабжен, по крайней мере, одним волоконно-оптическим выходом, который снабжен системой электромеханических подвижек, а приемник излучения снабжен, по крайней мере, одним волоконно-оптическим входом, который снабжен собственной системой электромеханических подвижек, при этом обе системы электромеханических подвижек электрически соединены с блоком управления движением упомянутых волоконно-оптического выхода и волоконно-оптического входа, обеспечивающим их независимое друг от друга перемещение с задаваемыми шагом и пространственным сдвигом волоконно-оптического выхода источника излучения относительно волоконно-оптического входа приемника, при этом блок обработки сигнала и визуализации снабжен оригинальным программным обеспечением для построения трехмерного изображения интересующей области исследуемого объекта в плоской модели сканирования.New in the developed device for obtaining fluorescence tomographic images is that the laser radiation source is configured for amplitude modulation and is equipped with at least one fiber-optic output, which is equipped with a system of electromechanical movements, and the radiation receiver is equipped with at least one fiber-optic input, which is equipped with its own system of electromechanical movements, while both systems of electromechanical movements are electrically connected to the control unit the movement of the aforementioned fiber-optic output and fiber-optic input, ensuring their independent movement from each other with a given step and spatial shift of the fiber-optic output of the radiation source relative to the fiber-optic input of the receiver, while the signal processing and visualization unit is provided with original software to build a three-dimensional image of the region of interest of the studied object in a flat scanning model.

Таким образом, за счет независимого перемещения волоконно-оптических выхода источника и входа приемника с произвольным шагом сканирования (от шага, сравнимого с размером исследуемого объекта, до бесконечно малого) и пространственным сдвигом относительно друг друга, возможно создание бесконечного набора виртуальных входов приемника и выходов источника излучения с помощью системы электромеханических подвижек и, по крайней мере, единственной пары оптоволоконных входа и выхода. Это позволяет получить лучшее пространственное разрешение по сравнению с известными аналогами и прототипом и существенно упростить конструкцию устройства заданного назначения, а следовательно, повысить его надежность. Применение же низкочастотной модуляции источника излучения по амплитуде с последующим синхронным детектированием сигнала, прошедшего через исследуемый объект, позволяет получить лучшее соотношение сигнала к шуму по сравнению с ближайшим аналогом.Thus, due to the independent movement of the fiber-optic output of the source and the input of the receiver with an arbitrary scanning step (from a step comparable with the size of the studied object to infinitely small) and spatial shift relative to each other, it is possible to create an infinite set of virtual inputs of the receiver and outputs of the source radiation using a system of electromechanical shifts and at least a single pair of fiber-optic input and output. This allows you to get a better spatial resolution compared with the known analogues and prototype and significantly simplify the design of the device for a given purpose, and therefore increase its reliability. The use of low-frequency amplitude source modulation of the radiation source, followed by synchronous detection of the signal passing through the object under study, allows one to obtain a better signal to noise ratio compared to the closest analogue.

В частном случае реализации разработанного устройства приемник излучения снабжен несколькими волоконно-оптическими входами.In the particular case of the implementation of the developed device, the radiation receiver is equipped with several fiber-optic inputs.

В другом частном случае реализации разработанное устройство содержит блок преобразования частоты, один из входов которого соединен с приемником излучения, а выход соединен с блоком обработки сигнала и визуализации.In another particular implementation case, the developed device comprises a frequency conversion unit, one of the inputs of which is connected to a radiation receiver, and the output is connected to a signal processing and visualization unit.

На фиг.1 представлена схема реализации устройства получения флуоресцентных томографических изображений.Figure 1 presents a diagram of an implementation of a device for obtaining fluorescence tomographic images.

На фиг.2 представлена схема реализации устройства получения флуоресцентных томографических изображений с блоком преобразования частоты.Figure 2 presents a diagram of an implementation of a device for obtaining fluorescence tomographic images with a frequency conversion unit.

На фиг.3 представлен пример флуоресцентного изображения объекта и флуоресцентные изображения области детального исследования, получаемые при сканировании с различным пространственным сдвигом между выходом источника и входом приемника (d_x, d_y), а также результаты трехмерного восстановления распределения флуорофора (двухмерное распределение флуорофора по осям Х и Y при различных глубинах Z).Figure 3 presents an example of a fluorescence image of an object and fluorescence images of a detailed study area obtained by scanning with a different spatial shift between the source output and the receiver input (d _x , d _y ), as well as the results of three-dimensional reconstruction of the fluorophore distribution (two-dimensional distribution of the fluorophore along the axes X and Y at various depths Z).

Устройство по фиг.1 в соответствии с п.1 формулы содержит лазерный источник излучения 1, модулированный по амплитуде на низкой частоте, волоконно-оптический выход 2 от лазерного источника излучения 1, систему электромеханических подвижек 3 волоконно-оптического выхода 2, приемник излучения 4, волоконно-оптический вход 5 приемника излучения 4, систему электромеханических подвижек 6 волоконно-оптического входа 5, блок обработки сигнала и визуализации 7, блок управления движением 8 волоконно-оптического выхода 2 и волоконно-оптического входа 5. Обе системы электромеханических подвижек 3 и 6 имеют регулируемые шаг перемещения и начальное положение и соединены с блоком управления движением 8.The device according to figure 1 in accordance with claim 1 of the formula contains a laser radiation source 1, modulated in amplitude at a low frequency, a fiber optic output 2 from the laser radiation source 1, a system of electromechanical movements 3 of the fiber optic output 2, the radiation receiver 4, fiber-optic input 5 of the radiation receiver 4, a system of electromechanical movements 6 of the fiber-optic input 5, a signal processing and visualization unit 7, a motion control unit 8 of the fiber-optic output 2 and the fiber-optic input 5. e systems of electromechanical movements 3 and 6 have adjustable pitch and initial position and are connected to the motion control unit 8.

В конкретной реализации устройства получения флуоресцентных томографических изображений для флуоресцирующих белков DsRED2 в качестве лазерного источника излучения 1 был использован Nd:YAG лазер с удвоением частоты (лазер АТС-53-250 ЗАО «Полупроводниковые приборы», Санкт-Петербург) с амплитудной модуляцией на частоте 1 кГц. В качестве приемника излучения 4 был использован охлаждаемый высокочувствительный фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) Н7422-20 (пр-во фирмы «Hamamatsu»). В качестве системы электромеханических подвижек 3 и 6 были использованы прецизионные линейные направляющие и каретки фирмы «SBG» (Южная Корея), управляемые шаговыми двигателями с контроллерами MDrive Intelligent Motion Systems, Inc. (США).In a specific implementation of a device for producing fluorescence tomographic images for fluorescent proteins DsRED2, a frequency doubling Nd: YAG laser (ATC-53-250 laser of CJSC Semiconductor Devices, St. Petersburg) with amplitude modulation at frequency 1 was used as a laser radiation source 1 kHz As a radiation detector 4, a cooled high sensitivity photoelectronic multiplier (PMT) H7422-20 (manufactured by Hamamatsu) was used. As a system of electromechanical movements 3 and 6, precision linear guides and carriages from SBG (South Korea), controlled by stepper motors with controllers MDrive Intelligent Motion Systems, Inc., were used (USA).

Излучение от лазерного источника 1 через волоконно-оптический выход 2 попадает на исследуемый объект 9. Прошедшее через исследуемый объект 9 излучение собирается волоконно-оптическим входом 5, поступает на приемник излучения 4 и далее в блок обработки сигнала и визуализации 7. Поскольку волоконно-оптический выход 2 лазерного источника излучения 1 снабжен системой электромеханических подвижек 3, а волоконно-оптический вход 5 приемника излучения 4 снабжен своей системой электромеханических подвижек 6, то это позволяет производить сканирование волоконно-оптическим выходом 2 по двум координатам поверхности, образованной системой электромеханических подвижек 3, а также производить сканирование волоконно-оптическим входом 5 по двум координатам поверхности, образованной системой электромеханических подвижек 6 как согласованно, так и независимо друг от друга. Таким образом, в разработанном устройстве предусмотрена возможность сканирования исследуемого объекта 9 с малым разрешением (большим шагом) для поиска области, требующей детального изучения (область с наличием флуоресцирующих включений) и детальное исследование любой интересующей области объекта 9 с необходимым высоким разрешением (малым шагом сканирования) для последующего построения трехмерного изображения флуоресцирующей области (синхронное сканирование объекта 9 с различными пространственными сдвигами между волоконно-оптическим выходом 2 источника излучения 1 и волоконно-оптическим входом 5 приемника излучения 4) за счет решения обратной задачи, с использованием оригинального программного обеспечения для плоской модели сканирования (в изобретении, которое является ближайшим аналогом, используется цилиндрическая модель сканирования, а следовательно, и другое программное обеспечение для решения обратной задачи). Примеры полученных в разработанном устройстве флуоресцентных изображений приведены на фиг.3.The radiation from the laser source 1 through the fiber-optic output 2 goes to the test object 9. The radiation transmitted through the test object 9 is collected by the fiber-optic input 5, and then goes to the radiation receiver 4 and then to the signal processing and visualization unit 7. Since the fiber-optic output 2 of the laser radiation source 1 is equipped with a system of electromechanical shifts 3, and the fiber-optic input 5 of the radiation receiver 4 is equipped with its system of electromechanical shifts 6, this allows scanning e fiber-optic output 2 along two coordinates of the surface formed by the system of electromechanical movements 3, and also scan the fiber-optic input 5 along two coordinates of the surface formed by the system of electromechanical movements 6 both in a coordinated and independent manner. Thus, in the developed device, it is possible to scan the studied object 9 with a low resolution (large step) to search for an area that requires a detailed study (the region with the presence of fluorescent inclusions) and a detailed study of any region of interest of the object 9 with the required high resolution (small scan step) for the subsequent construction of a three-dimensional image of the fluorescent region (synchronous scanning of object 9 with various spatial shifts between fiber-optic m output 2 of the radiation source 1 and the fiber-optic input 5 of the radiation receiver 4) by solving the inverse problem using the original software for a flat scanning model (in the invention, which is the closest analogue, a cylindrical scanning model is used, and therefore another software for solving the inverse problem). Examples obtained in the developed device fluorescence images are shown in figure 3.

Устройство по фиг.2 в соответствии с п.3 формулы содержит лазерный источник излучения 1, модулированный по амплитуде на высокой частоте, волоконно-оптический выход 2 от лазерного источника излучения 1, систему электромеханических подвижек 3 волоконно-оптического выхода 2 лазерного источника излучения 1, приемник излучения 4, волоконно-оптический вход 5 приемника излучения 4, систему электромеханических подвижек 6 волоконно-оптического входа 5, блок обработки сигнала и визуализации 7, блок управления движением 8 волоконно-оптического выхода 2 и входа 5, блок преобразования 10 частоты, один из входов которого соединен с приемником излучения 4, а выход соединен с блоком обработки сигнала и визуализации 7. Обе системы электромеханических подвижек 3 и 6 имеют регулируемые шаг перемещения и начальное положение и соединены с блоком управления движением 8. Блок преобразования 10 частоты установлен между приемником излучения 4, блоком обработки сигнала и визуализации 7 и соединен с источником излучения 1.The device according to figure 2 in accordance with claim 3 of the formula contains a laser radiation source 1, modulated in amplitude at a high frequency, a fiber optic output 2 from a laser radiation source 1, a system of electromechanical movements 3 of a fiber optic output 2 of a laser radiation source 1, a radiation receiver 4, a fiber-optic input 5 of a radiation receiver 4, a system of electromechanical movements 6 of the fiber-optic input 5, a signal processing and visualization unit 7, a motion control unit 8 of the fiber-optic output 2 and input 5, the frequency conversion unit 10, one of the inputs of which is connected to the radiation receiver 4, and the output is connected to the signal processing and visualization unit 7. Both systems of electromechanical movements 3 and 6 have adjustable movement pitch and initial position and are connected to the motion control unit 8 A frequency conversion unit 10 is installed between the radiation receiver 4, the signal processing and visualization unit 7, and connected to the radiation source 1.

Особенностью работы предлагаемого устройства получения флуоресцентных томографических изображений по фиг.2 является то, что применение блока преобразования 10 частоты позволяет получить фазу огибающей флуоресцентного сигнала при высокочастотной модуляции излучения по амплитуде. При низкочастотной модуляции излучения по амплитуде преобразования частоты не требуется, поскольку на низких частотах сигнал может быть оцифрован без понижения частоты. При высокочастотной модуляции невозможно оцифровать сигнал без понижения его частоты. Блок преобразования 10 частоты понижает частоту флуоресцентного сигнала до той, которая может быть оцифрована.A feature of the proposed device for obtaining fluorescence tomographic images in figure 2 is that the use of the conversion unit 10 of the frequency allows you to get the phase phase of the envelope of the fluorescent signal with high-frequency modulation of the radiation in amplitude. With low-frequency modulation of radiation by amplitude, frequency conversion is not required, since at low frequencies the signal can be digitized without lowering the frequency. With high-frequency modulation, it is impossible to digitize a signal without lowering its frequency. The frequency conversion unit 10 lowers the frequency of the fluorescent signal to one that can be digitized.

Таким образом, использование в разработанном устройстве, по крайней мере, одного волоконно-оптического выхода, снабженного системой электромеханических подвижек, и, по крайней мере, одного волоконно-оптического входа, снабженного своей системой электромеханических подвижек, а также обеих независимых систем электромеханических подвижек, электрически соединенных с блоком управления движением упомянутых волоконно-оптического выхода и волоконно-оптического входа, позволяет проводить детальное исследование интересующей области исследуемого объекта с последующим построением трехмерного изображения этой области и получать высокое пространственное разрешение. Использование низкочастотной амплитудной модуляции источника излучения позволяет улучшить соотношение сигнала к шуму, а высокочастотная амплитудная модуляция источника излучения позволяет регистрировать фазу сигнала и получать более точную информацию о местоположении флуоресцирующего объекта внутри сильно рассеивающей среды.Thus, the use in the developed device of at least one fiber-optic output equipped with a system of electromechanical shifts, and at least one fiber-optic input equipped with its own system of electromechanical shifts, as well as both independent systems of electromechanical shifts, electrically connected to the motion control unit of said fiber-optic output and fiber-optic input, allows a detailed study of the study area of interest object with the subsequent construction of a three-dimensional image of this region and obtain high spatial resolution. The use of low-frequency amplitude modulation of the radiation source makes it possible to improve the signal-to-noise ratio, and high-frequency amplitude modulation of the radiation source makes it possible to register the phase of the signal and obtain more accurate information about the location of the fluorescent object inside a strongly scattering medium.

Область применения разработанного устройства может быть весьма широкой благодаря возможности детального изучения интересующей области исследуемого объекта.The scope of the developed device can be very wide due to the possibility of a detailed study of the area of interest of the studied object.

Claims

1. A device for obtaining fluorescence tomographic images containing a laser radiation source equipped with at least one fiber-optic output, a radiation receiver equipped with at least one fiber-optic input, installed with the ability to scan radiation in the region of interest of the studied object and a signal processing and visualization unit, characterized in that the laser radiation source is configured to modulate the radiation in amplitude, the fiber-optic inputs They are equipped with a system of electromechanical movement of the input, and the fiber-optic outputs are equipped with a system of electromechanical movement of the output, respectively, connected to a motion control unit configured to be independent of each other, with a given step and spatial shift, to move the fiber-optic input and output, while the signal processing and visualization unit is designed in such a way that provides the construction of a three-dimensional image of the region of interest of the studied object with a flat model scanned and I.

2. The device according to claim 1, characterized in that the radiation receiver is equipped with several interconnected fiber-optic inputs.

3. The device according to claim 1, characterized in that between the radiation receiver and the signal processing and visualization unit, a frequency conversion unit is installed associated with the radiation source.