CN101317764A - 一种用于小动物的整体荧光透射成像系统 - Google Patents
一种用于小动物的整体荧光透射成像系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101317764A CN101317764A CN 200810046679 CN200810046679A CN101317764A CN 101317764 A CN101317764 A CN 101317764A CN 200810046679 CN200810046679 CN 200810046679 CN 200810046679 A CN200810046679 A CN 200810046679A CN 101317764 A CN101317764 A CN 101317764A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flat panel
- panel detector
- plane mirror
- tumor
- transmission imaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 26
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 30
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 abstract description 16
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 abstract description 3
- 230000012010 growth Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009545 invasion Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 abstract 2
- 230000005945 translocation Effects 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 7
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 7
- 108010043121 Green Fluorescent Proteins Proteins 0.000 description 6
- 102000004144 Green Fluorescent Proteins Human genes 0.000 description 6
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 6
- 239000005090 green fluorescent protein Substances 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000000695 excitation spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000010377 protein imaging Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010254 subcutaneous injection Methods 0.000 description 1
- 239000007929 subcutaneous injection Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/50—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
- A61B6/508—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for non-human patients
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于小动物的整体荧光透射成像系统，其结构为：平板探测器、载物台、平面镜和X射线源由下至上依次排列，它们的中心位于同一直线上；中心处于同一水平线上的二个发光二极管分别位于射线源的两侧上方；滤光片与电荷耦和器位于平面镜的非工作面一侧，二者共轴且其轴线通过平面镜的中心；平板探测器和电荷耦合器通过数据采集卡与计算机连接。本发明利用数字X射线透射成像技术在结构成像方面的优势，解决了现有整体荧光光学成像技术对肿瘤定位不准的问题。本发明通过计算机对数字X射线透射成像技术和整体荧光光学成像技术所获得的图像进行融合，获得了更为详尽的肿瘤信息，为研究肿瘤的入侵、生长和转移提供了一种有效的研究工具。
Description
技术领域
本发明属于生物医学成像技术，具体涉及一种用于小动物的整体荧光透射成像系统，该系统能够同时对小动物进行数字X射线透射成像和整体荧光光学成像，它适用于生物医学中对肿瘤的研究。
背景技术
数字X射线透射成像技术是目前较为成熟的技术并已经成功应用于临床。该技术对于肿瘤疾病的研究有着很重要的作用，能提供小动物详细的结构信息。整体荧光光学成像技术在探测肿瘤、研究肿瘤的领域发挥了很大的作用。在中国专利文献CN1773258(公开日为2006年5月17号)中使用整体荧光光学成像技术系统对小动物进行肿瘤研究，但是其成像的质量较差，肿瘤的位置定位不准，该发明并没有提到利用数字X射线透射成像技术对整体荧光光学成像技术成像效果不佳进行补偿。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于小动物的整体荧光透射成像系统，该系统可以解决可以现有整体荧光光学成像技术技术对肿瘤定位不准的问题。
本发明提供的用于小动物的整体荧光透射成像系统，其特征在于：该系统包括X射线源、平板探测器、数据采集卡、载物台、平面镜、电荷藕和器、滤光片、第一、第二发光二极管和计算机；
载物台位于平板探测器上方，平面镜位于载物台上方，并与水平线成45度夹角；X射线源位于平面镜的上方，平板探测器、载物台、平面镜和X射线源的中心位于同一直线上；第一、第二发光二极管位于射线源的两侧上方，第一、第二发光二极管的中心处于同一水平线上；
滤光片与电荷藕和器位于平面镜的非工作面一侧，滤光片和电荷藕和器共轴，且其轴线通过平面镜的中心；
平板探测器和电荷耦合器通过数据采集卡与计算机连接。
本发明利用数字X射线透射成像技术在结构成像方面的优势，解决了现有整体荧光光学成像技术对肿瘤定位不准的问题。整个系统中平面镜是至关重要，通过大功率发光二极管所激发的荧光经平面镜反射从而被电荷藕和器所探测。同时可以对样品进行数字X射线透射成像技术成像，由于X射线对普通电荷藕和器成像不产生影响，所以可以实现数字X射线透射成像技术与整体荧光光学成像技术同时成像。本发明为研究肿瘤的入侵、生长和转移提供了有效的研究工具。
附图说明
图1为本发明整体荧光透射成像系统的结构示意图；
图2为绿色荧光蛋白激发光的波长与激发效率关系曲线；
图3是发光二极管与520高通滤光片光谱曲线；
图4是电荷藕和器的响应曲线；
图5是整体荧光光学成像技术的小鼠实验图；
图6是数字X射线透射成像技术的小鼠实验图；
图7是用数字X射线透射成像技术与整体荧光光学成像技术同时成像并融合的实验结果。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明整体荧光透射成像系统包括X射线源1，平板探测器6，数据采集卡9、载物台5，平面镜7，电荷藕和器4，滤光片8，第一发光二极管2，第二发光二极管3，计算机10。
平板探测器6处于系统的最下面，在平板探测器的上方是放置样品的载物台5，载物台5的上方是一块与水平线成45度角α的平面镜7，平面镜上方是X射线源1；系统中心线过射线源1，平面镜的中心，同时也是平板探测器6和载物台的垂直平分线；在射线源的两侧上方不远的位置放置了第一发光二极管2，第二发光二极管3，这两个发光二极管中心处于同一水平线上；在平面镜的右边放置了滤光片8与电荷藕和器4，且滤光片8和电荷藕和器4共轴且轴线过平面镜的中心。数据采集卡9通过数字接口与平板探测器6，电荷耦合器4相连，通过PCI插槽与计算机连接。
由射线源1所发出的X射线聚集在箭头所包括的区域内，透射过样品载物台5上面的样品被平板探测器6所探测，再由数字传输线通过数据采集卡传送入计算机。发光二极管2，3所发出的光照在6上并反射，反射光通过与水平面成45度角的全反镜7发射，经过滤光片8滤光后被电荷藕和器4探测并送入计算机。
全反镜与水平线所成的角度为45度是本发明的一个创新点，通过这种方式我们使得在该系统中能让通过大功率发光二极管所激发的荧光经平面镜反射从而被电荷藕和器所探测。同时X射线源所发射的X射线由于其极强的穿透能力可以打穿平面镜照射到物体，通过平板探测器获取小鼠的数字X射线透射成像技术结构信息。
系统中用于探测X射线的探测器选用平板探测器。通过数据采集卡完成数字化采集，然后输出到计算机系统中成像。
整个系统有两处用数据采集卡，可异步或者同步采集两个不同摄像头的图像。
激发荧光需要激发的电光源具有合适的光谱和相当强度的光功率。如图4为绿色荧光蛋白的激发谱和荧光谱。
从图2可知道，绿色荧光蛋白的激发效率12(以其峰值归一化)的峰值位于488纳米，在460～490纳米波段内大于66％。绿色荧光蛋白的荧光(以其峰值归一化)的峰值位于510纳米，在520纳米荧光强度约为峰值处的60％。综合考虑荧光的激发效率、收集到荧光的强度以及背景自发荧光：用于绿色荧光蛋白成像时选用460～492纳米的激发滤光片和520纳米长通的荧光滤光片。
整体荧光光学成像技术中荧光标记物位于生物体内，激发光需要穿越相当厚度的生物组织。因为激发光穿越组织时衰减很大，具有较强光输出的光源才能用于整体荧光光学成像技术。目前用于整体荧光光学成像技术的激发光源有汞灯、激光器。但是汞灯是大功率、宽光谱光源，其操作复杂，价格昂贵，灯泡的寿命一般较短，使用费用较高；激光器是一种线光谱源，其价格也不菲，使用寿命仅为数千小时。随着新型适用器件如3瓦以上的发光二极管出现，构建较便宜、使用简单方便、体积较小、光源寿命长的整体荧光光学成像技术系统成为可能。
在用发光二极管作为新光源进行替代时，需要保持替代前后成像系统获得的荧光信号的强度相当。在其他条件相同时，荧光强度与光源的光强、光源的光谱分布密度、荧光染料的激发光谱(亦称为吸收光谱)等有关。以汞灯(功率50瓦)为参照，在λ1～λ2波段，与汞灯激发的荧光量相当时即荧光强度相同时需要发光二极管输出的光通量为依据配置发光二极管。
在λ1～λ2波段，计算光通量为L的光源激发的荧光量的公式如下：
式中
为荧光物质的激发效率，表示波长为λi的光辐射激发荧光物质的效率(归一化)。
计算示例：在420-490纳米波段，汞灯的ExQu：
同样可算得光通量为100流明的发光二极管在该波段的ExQu为：68.1，则ExQu相等时需要发光二极管的光通量为203.2(流明)，在420-490纳米波段，与光通量为2000流明的汞灯具有相当的荧光激发效果，发光二极管阵列的光通量只要不少于203.2流明即可。计算结果如下表1所示。
表1以汞灯为参照，在不同波段激发荧光时需要发光二极管的光通量
| Band(nm) | 420-490 | 430-490 | 440-490 | 450-490 | 460-490 |
| 发光二极管(流明) | 203.2 | 193.9 | 120.7 | 73.8 | 60.4 |
根据计算我们选用4个3瓦的大功率发光二极管。发光二极管为蓝色3瓦，波长范围为460～480纳米，中心波长为470纳米。滤光片选用的是520高通。
由上可知，本发明通过计算机对数字X射线透射成像技术和整体荧光光学成像技术所获得的图像进行融合，从而获得更为详尽的肿瘤信息，为研究肿瘤的入侵、生长和转移提供了有效的研究工具。
系统实验
实验生物材料：鼠龄为4～5周，体重15～20克。动物饲养和实验严格按照中华人民共和国《实验动物管理条例》要求进行。对小鼠各进行皮下注射0.1毫升的绿色荧光溶液，建立小鼠绿色荧光蛋白荧光模型。
实验环境：X射线源电压为60千伏，电流为650毫安；电荷藕和器工作电压为直流5伏，成像速度为24帧每秒，图3是电荷藕和器的响应曲线，从曲线中可以看出在波长为520纳米时候它的探测效率达到55％，与最高探测率差别很小；平板探测器成像大小1024*1024，曝光时间为1秒；如图4所示，曲线13滤光片在波长大于520纳米时透过率达到60％。
图5是系统拍摄出来的小鼠荧光图，图6是系统拍摄出来的小鼠数字X射线透射成像技术结构图，从图5中可以知道小鼠肿瘤的大致位置，并不能准确的进行定位，通过数字X射线透射成像技术拍摄出来的图片能够清晰的反映小鼠的结构信息。图7是经过软件融合后的图片，从图片中可以很清晰的分辨出肿瘤的位置。
Claims (1)
1、一种用于小动物的整体荧光透射成像系统，其特征在于：该系统包括X射线源(1)、平板探测器(6)、数据采集卡(9)、载物台(5)、平面镜(7)、电荷藕和器(4)、滤光片(8)、第一、第二发光二极管(2、3)和计算机(10)；
载物台(5)位于平板探测器(6)上方，平面镜(7)位于载物台(5)上方，并与水平线成45度夹角；X射线源(1)位于平面镜(7)的上方，平板探测器(6)、载物台(5)、平面镜(7)和X射线源(1)的中心位于同一直线上；第一、第二发光二极管(2、3)位于射线源(1)的两侧上方，第一、第二发光二极管(2、3)的中心处于同一水平线上；
滤光片(8)与电荷藕和器(4)位于平面镜(7)的非工作面一侧，滤光片(8)和电荷藕和器(4)共轴，且其轴线通过平面镜(7)的中心；
平板探测器(6)和电荷耦合器(4)通过数据采集卡(9)与计算机(10)连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200810046679 CN101317764B (zh) | 2008-01-11 | 2008-01-11 | 一种用于小动物的整体荧光透射成像系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200810046679 CN101317764B (zh) | 2008-01-11 | 2008-01-11 | 一种用于小动物的整体荧光透射成像系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101317764A true CN101317764A (zh) | 2008-12-10 |
| CN101317764B CN101317764B (zh) | 2010-06-02 |
Family
ID=40178225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200810046679 Expired - Fee Related CN101317764B (zh) | 2008-01-11 | 2008-01-11 | 一种用于小动物的整体荧光透射成像系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101317764B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101653355B (zh) * | 2009-09-11 | 2012-01-11 | 华中科技大学 | 一种活体小动物成像系统及成像方法 |
| CN101810466B (zh) * | 2009-02-19 | 2012-04-18 | 田捷 | 多光谱成像装置 |
| CN102512193A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-06-27 | 华中科技大学 | 基于小波数据压缩的双模式活体成像系统及方法 |
| CN102692400A (zh) * | 2012-05-28 | 2012-09-26 | 浙江农林大学 | 一种用于激活微生物体内光敏蛋白的装置及应用 |
| CN110584616A (zh) * | 2019-10-18 | 2019-12-20 | 南方科技大学 | 一种双模成像显微镜系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0581700U (ja) * | 1992-04-07 | 1993-11-05 | セイコー電子工業株式会社 | 蛍光ｘ線膜厚測定装置 |
| CN100424498C (zh) * | 2005-11-16 | 2008-10-08 | 华中科技大学 | 荧光光学成像装置 |
-
2008
- 2008-01-11 CN CN 200810046679 patent/CN101317764B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101810466B (zh) * | 2009-02-19 | 2012-04-18 | 田捷 | 多光谱成像装置 |
| CN101653355B (zh) * | 2009-09-11 | 2012-01-11 | 华中科技大学 | 一种活体小动物成像系统及成像方法 |
| CN102512193A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-06-27 | 华中科技大学 | 基于小波数据压缩的双模式活体成像系统及方法 |
| CN102512193B (zh) * | 2011-11-15 | 2014-10-08 | 华中科技大学 | 基于小波数据压缩的双模式活体成像系统及方法 |
| CN102692400A (zh) * | 2012-05-28 | 2012-09-26 | 浙江农林大学 | 一种用于激活微生物体内光敏蛋白的装置及应用 |
| CN102692400B (zh) * | 2012-05-28 | 2014-07-30 | 浙江农林大学 | 一种用于激活微生物体内光敏蛋白的装置及应用 |
| CN110584616A (zh) * | 2019-10-18 | 2019-12-20 | 南方科技大学 | 一种双模成像显微镜系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101317764B (zh) | 2010-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101317764B (zh) | 一种用于小动物的整体荧光透射成像系统 | |
| Becker et al. | Multispectral fluorescence lifetime imaging by TCSPC | |
| US8082024B2 (en) | Micro-scale compact device for in vivo medical diagnosis combining optical imaging and point fluorescence spectroscopy | |
| JP2003232736A (ja) | 光学的像形成方法および光学的像形成装置 | |
| US20140343860A1 (en) | Hand-held scanner systems and methods for reading point of care test results | |
| CN105492887A (zh) | 用于体液中的颗粒和可溶性化学实体的体外检测的系统和方法 | |
| WO1984004665A1 (en) | Localization of cancerous tissue by monitoring infrared fluorescence emitted by intravenously injected porphyrin in tumor-specific markers excited by long wavelength light | |
| WO2014021928A2 (en) | Compact portable apparatus for optical assay | |
| WO2008028904A1 (en) | Dual-modality imaging | |
| CN105527265B (zh) | 激光泵浦时间分辨上转换发光活体成像系统 | |
| CN112748245B (zh) | 多通道荧光免疫层析定量检测仪及其检测方法 | |
| CN214953161U (zh) | 一种x射线近红外二区发光生物成像装置 | |
| US20160131583A1 (en) | Fluorescence imaging system for tissue detection | |
| CN214252308U (zh) | 多通道荧光免疫层析定量检测仪 | |
| CN103168234B (zh) | 用于分析被5，10，15，20四(4-羧基苯基)卟吩(tcpp)标记的样品的系统和方法 | |
| CN105424668A (zh) | 一种荧光筛选系统 | |
| CN112505082A (zh) | 一种x射线近红外二区发光生物成像装置 | |
| CN110558938A (zh) | 一种甲状旁腺识别装置及系统 | |
| CN110487767A (zh) | 一种便携式上转换荧光检测仪 | |
| CN213580626U (zh) | 一种甲状旁腺识别装置 | |
| CN112964688B (zh) | 全内反射检测基因芯片杂交结果的方法 | |
| CN201239138Y (zh) | 一种用于小动物的整体荧光透射成像装置 | |
| CN106226276B (zh) | 一种步进角度激光装置 | |
| US7738946B2 (en) | System, method and apparatus for the detection of patient-borne fluorescing materials | |
| CN105408748A (zh) | 生物流体中脱落或循环的肿瘤细胞的检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100602 Termination date: 20170111 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |