CN101361651A - 荧光分子断层成像装置 - Google Patents
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Abstract
荧光分子断层成像装置属于荧光分子断层成像技术领域，其特征在于，含有：用于带动实验小动物样本自转的旋转台，位于该小动物样本一侧的激发光源，朝向该实验小动物样本另一侧的多个光学镜头，各个分叉端非接触式地对准所述各个光学镜头的传像光纤，镜头对准所述成像光纤复合端的非接触式地接收荧光并成像的相机，以及分别放在各光学镜头前方的滤光片，用于滤除激发光，只让荧光进入各光学镜头，所述滤光片也可是一片，位于所述相机前。所述光学镜头也可以按等角度间隔θ朝向所述实验小动物样本。本发明具有激发光源－探测器数据对多、曝光时间短、成像速度快等优点。
Description
技术领域
本发明属于近红外激光、计算机、机械、电子以及图像处理在生物医学中应用的综合技术领域。
背景技术
荧光分子断层成像(Fluorescence molecular tomography，亦称为荧光分子层析成像)利用已在生物学和医学研究中大量使用的具有特异性的荧光分子探针，标记特定分子或细胞，对生物体内分子水平的变化进行在体观测，通过图像重建提供目标的分布等信息，克服了平面成像的局限性，获得更多有关生物学、医学行为的信息。它具有灵敏度较高、快捷简便、费用低、相对高通量等优点，支持在体研究有关的分子事件，满足二十一世纪系统化地观测生命过程的要求。快速的非接触式荧光分子断层成像可增加实验小动物样本的存活率，有利于构建长时间段的实验小动物模型，提高动物模型可靠性，对于生命科学研究具有重要的现实意义。
美国哈佛大学分子影像研究中心对稳态荧光分子断层成像的研究工作具有代表性。他们对荧光分子断层成像进行了研究。该组提出的早期形式——光纤接触式的荧光分子断层成像装置(Ralph Weissleder等，Shedding light onto live molecular targets，《NatureMedicine》，2003：123-128)，此装置采用成像腔，实验时将动物浸泡在匹配液中，传光光纤接触成像腔。该方法获取的光源-探测器数据集(尤其在感兴趣区域)较小，光源探测器数据对仅为102-103对，导致了重建图像的质量较差。其后，摒弃了接触式光纤的耦合，建立了非接触式荧光分子断层成像装置(Nikolaos Deliolanis等，Free-space fluorescencemolecular tomography util izing 360°geometry projections，《OpticsLetters》，2007：382-384)，如图1所示。将实验小动物样本置2于旋转台3上，激发光源1发出的激发光在实验小动物样本2的横断面上进行扫描，在实验小动物样本2的另一侧放置CCD相机4，直接拍摄实验小动物样本2，非接触地获得实验小动物样本2的边界上荧光信号强度信息的一系列高空间分辨率的图像。在CCD相机4前有滤光片5，用于滤除激发光，只让荧光通过进入CCD相机4。虽然此方法获得较大数据集，光源探测器数据对可达到106，但是因相机的视场、景深、曝光时间与生物组织的散射特性等因素的影响，每次只能获取小动物体边界上局部较小范围内的荧光信号图像，所获得荧光信号图像中可用的光源-探测器数据对少，数据集的有效性较差，有效数据集较小。为了获得实验小动物样本体边界上荧光信号的有效的大数据集，以提高重建图像的质量，须进行小间隔(每隔N度成像一次)曝光成像，而这导致成像次数M(M＝360/N)多，获取系列荧光图像需要的时间长。
在现有的非接触式荧光分子断层成像装置中，CCD相机直接拍摄实验小动物体，所获得荧光信号图像中可用的激发光源-探测器数据对少，获得有效数据集较小，系统成像时间长，不但影响了实验小动物样本的存活，不利于构建在体长时段的小动物模型，而且实验成像效率低，难以实现高通量实验，限制了荧光分子断层成像的应用。总之，上述的荧光分子断层成像装置均着一些缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种非接触式荧光分子断层成像装置，具有成像速度快等优点。
本发明特征在于含有：激发光源、滤光片、旋转台、传像光纤、光学镜头和探测器，其中：
旋转台，用于带动所述实验小动物样本作自转运动；
激发光源，位于所述旋转台一侧，用于向所述实验小动物样本发射激发光；
传像光纤，一端是多个分叉端，另一端是汇合了所述多个分叉端的复合端；
光学镜头，在数量上相等于所述传像光纤的分叉端数，各个光学镜头将所述实验小动物样本成像于所述成像光纤的各个分叉端面，而所述光学镜头分布式地位于所述实验小动物样本的另一侧；
探测器，是一台相机，无接触式地对准所述传像光纤的复合端，用于把输入的荧光信号成像；
滤光片，位于所述光学镜头的前方，用于滤除所述激发光，而只让荧光进入所述光学镜头。
所述滤光片位于所述成像光纤的复合端和所述探测器之间。
本发明所述的探测器通过所述成像光纤和所述光学镜头对实验小动物体边界上的荧光信号成像。一方面同时从多个位置获取实验小动物体边界上更大范围内的荧光信号，提取更多有效的激发光源—探测器数据对，构建更大的激发光源—探测器数据集，在达到一定重建图像的质量情况下，减少成像次数；另一方面所述成像光纤的各分叉端和相应的所述光学镜头只针对所述实验小动物样本边界上一小区域内的荧光信号成像，所以在成像时，可以增大光圈，缩短曝光时间；由此两方面达到缩减成像时间，提高成像速度。
附图说明
图1已有的一种荧光分子成像装置示意图。
图2所述传像光纤7的示意图。
图3本发明荧光分子成像装置的一种实施例示意图。
图4本发明荧光分子成像装置的所述光学镜头84、85、86空间位置夹角示意图。
图5本发明荧光分子成像装置的另一种实施例示意图。
具体实施方式
本发明特征在于含有：激发光源、滤光片、旋转台、传像光纤、光学镜头和探测器，其中：
旋转台，用于带动所述实验小动物样本作自转运动；
激发光源，位于所述旋转台一侧，用于向所述实验小动物样本发射激发光；
传像光纤，一端是多个分叉端，另一端是汇合了所述多个分叉端的复合端；
光学镜头，在数量上相等于所述传像光纤的分叉端数，各个光学镜头将所述实验小动物样本成像于所述成像光纤的各个分叉端面，而所述光学镜头分布式地位于所述实验小动物样本的另一侧；
探测器，是一台相机，无接触式地对准所述传像光纤的复合端，用于把输入的荧光信号成像；
滤光片，位于所述光学镜头的前方，用于滤除所述激发光，而只让荧光进入所述光学镜头。
所述滤光片位于所述成像光纤的复合端和所述探测器之间。
本发明所述的探测器通过所述成像光纤和所述光学镜头对实验小动物样本体边界上的荧光信号成像。一方面同时从多个位置获取实验小动物样本边界上更大范围内的荧光信号，提取更多有效的激发光源—探测器数据对，构建更大的激发光源—探测器数据集，在达到一定重建图像的质量情况下，减少成像次数；另一方面所述成像光纤的每个分叉端和相应的所述光学镜头只针对实验小动物样本边界上一小区域内的荧光信号成像，所以在成像时，可以增大光圈，缩短曝光时间；由此两方面达到缩减成像时间，提高成像速度。
本发明的工作原理为：激发光源发出的激发光入射实验小动物样本，在实验小动物样本体内传输并激发荧光物质，荧光物质受激发出的荧光在实验小动物样本体内传输并最终逸出实验小动物样本体边界，由所述光学镜头将实验小动物样本边界上相应位置的荧光信号成像于所述传像光纤的分叉端面，荧光信号像从所述传像光纤的各分叉端传到所述传像光纤的复合端，所述相机朝向所述传像光纤的复合端，获取荧光信号像，从而得到实验小动物样本边界上荧光信号图像。
本发明设计了一种荧光分子断层成像装置，实施1例结合附图2、3、4详细说明如下：
如图2所示，所述传像光纤7有所述的分叉端71、72、73和所述的复合端6。在本发明实施例的荧光分子断层成像装置中，光学像由所述传像光纤7的分叉端71、72、73进入，并被导引到所述传像光纤7的复合端6。
如图3所示，在本发明实施例的荧光分子断层成像装置中，所述传像光纤7采用1×3的三分叉多路传像光纤；所述光学镜头81、82、83选用最大光圈2.0的镜头；所述激发光源1为波长671纳米、输出功率200毫瓦的半导体激光器；所述滤光片5位于所述相机4前，选用中心波长710纳米，带宽20纳米的带通滤光片；所述实验小动物样本2置于所述旋转台3上。
如图4所示，所述光学镜头84、85、86按等角度间隔θ朝向所述实验小动物样本2，所述传像光纤7的三个分叉端74、75、76分别位于相应的所述光学镜头84、85、86的像平面。所述滤光片5位于所述相机4前，用于滤除激发光，只让荧光通过进入所述相机4，所述相机4朝向所述传像光纤7的复合端6。如图3与图4所示，具体的光学通路是：所述激发光源1发出中心波长671纳米的激发光，激发光入射并进入所述实验小动物样本2体内，激发所述实验小动物样本2体内的荧光物质的荧光，激发出来的荧光在所述实验小动物样本2体内传输并逸出所述实验小动物样本2体，各个所述光学镜头84、85、86将所述实验小动物样本2边界上相应位置的荧光信号汇聚于所述成像光纤7的各相应分叉端74、75、76，所述传像光纤7将荧光信号像传输到所述成像光纤7的复合端6，所述相机4朝向所述传像光纤7的复合端6成像，最终得到荧光信号图像。
本发明设计了一种荧光分子断层成像装置，实施2例结合附图5详细说明如下：
如图5所示，在本发明实施例的荧光分子断层成像装置中，所述传像光纤7采用1×4的四分叉多路传像光纤；所述光学镜头87、88、89、810选用最大光圈2.0的镜头；所述激发光源1为波长671纳米、输出功率200毫瓦的半导体激光器；所述滤光片51、52、53、54选用中心波长710纳米，带宽20纳米的带通滤光片；所述实验小动物样本2置于所述旋转台3上。所述光学镜头87、88、89、810按等角度间隔θ朝向所述实验小动物样本2，如图4所示。所述传像光纤7的各分叉端77、78、79、710分别位于相应的所述光学镜头87、88、89、810的像平面。所述相机4朝向所述传像光纤7的复合端6。具体的光学通路是：所述激发光源1发出中心波长671纳米的激发光，激发光入射并进入所述实验小动物样本2体内，激发所述实验小动物样本2体内的荧光物质的荧光，激发出来的荧光在所述实验小动物样本2体内传输并逸出所述实验小动物样本2体，所述滤光片51、52、53、54分别位于所述光学镜头87、88、89、810前，用于滤除激发光，只让荧光通过进入所述光学镜头87、88、89、810，各个所述光学镜头87、88、89、810将所述实验小动物样本2边界上相应位置的荧光信号汇聚于所述成像光纤7的各相应分叉端77、78、79、710，所述传像光纤7将荧光信号像传输到所述成像光纤的复合端6，所述相机4朝向所述传像光纤7的复合端6成像，最终得到荧光信号图像。
Claims (3)
1、荧光分子断层成像装置，其特征在于，含有：激发光源、滤光片、旋转台、传像光纤、光学镜头和探测器，其中：
旋转台，用于带动所述实验小动物样本作自转运动；
激发光源，位于所述旋转台一侧，用于向所述实验小动物样本发射激发光；
传像光纤，一端是多个分叉端，另一端是汇合了所述多个分叉端的复合端；
光学镜头，在数量上相等于所述传像光纤的分叉端数，各个光学镜头将所述实验小动物样本成像于所述成像光纤的各个分叉端面，而所述光学镜头分布式地位于所述实验小动物样本的另一侧；
探测器，是一台相机，无接触式地对准所述传像光纤的复合端，用于把输入的荧光信号成像；
滤光片，位于所述光学镜头的前方，用于滤除所述激发光，而只让荧光进入所述光学镜头。
2、根据权利要求1所述的荧光分子断层成像装置，其特征在于，所述滤光片位于所述成像光纤的复合端和所述探测器之间。
3、根据权利要求1所述的荧光分子断层成像装置，其特征在于，所述光学镜头按等角度间隔θ朝向所述实验小动物样本。
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