CN102764138B - 一种多模态小动物分子影像成像装置及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模态小动物分子影像成像装置及其成像方法。本发明的一种多模态小动物分子影像成像装置包括：X射线计算机断层成像X-ray CT系统；正电子发射断层成像PET系统；单光子发射断层成像SPECT系统；荧光层析成像FMT系统；旋转机架系统；小动物床系统；以及数据采集系统和计算机；各个成像系统经数据线由数据采集系统采样保存至计算机；各个成像系统共用一个小动物床系统和同一检查轴。本发明的各个成像系统共用一个小动物床系统和同一检查轴，X-ray CT/PET/SPECT/FMT四模态的同机融合分子医学影像可实现不同影像设备的优势互补，使获取的影像结果更精确、更可靠。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学成像领域，尤其涉及一种多模态小动物分子影像成像装置及成像方法。
背景技术
作为当今生物医学工程领域最先进的成像技术，分子医学影像技术是应用影像学的方法对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究，在分子水平上对生物体生理、病理的变化进行实时、动态、在体、无创的成像技术。它是研究靶向性、特异性分子探针及治疗药物的关键、核心技术。多模态分子影像技术可实现不同影像设备的优势互补，使获取的影像结果更精确、更可靠。临床实践已证明，多模态分子医学影像设备在重大疾病的早诊早治、治疗方案的制定、治疗效果的验证与评估中发挥着重要作用。
2001年美国哈佛大学Weissleder详细阐明了分子影像学的概念。分子医学影像技术是应用影像学的方法对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究，在分子水平上对生物体生理、病理的变化进行实时、动态、在体、无创的成像技术。它是研究靶向性、特异性分子探针及治疗药物的关键技术。然而，任何单一模态的分子影像都存在着自身难以克服的缺陷，无法满足生命科学研究的迫切需求——完整、准确地解释生命过程。例如正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography）PET虽然具有很高的探测灵敏度，但由于辐射光子能量为固定的511keV，不能同时进行多分子探测；单光子发射断层成像（Single PhotonEmission Computed Tomography）SPECT虽然无需昂贵的回旋加速器制备核素药物，但难以寻找到参与新陈代谢的SPECT放射示踪物，且其灵敏度比PET低1到2个数量级；荧光分子层析成像（Fluorescence Molecular Tomography）FMT虽然具有标记灵活性、高特异性、无电离辐射等优点，但图像重建病态性严重，同时以上三种技术均缺乏结构信息，空间分辨率较差。
目前，将分子影像成像模态与能够提供结构信息的X射线断层成像（X-ray ComputedTomography）X-ray CT合并成单个设备的构思在本领域内是普遍公知的。在小动物成像技术领域，Micro-CT采用了与普通临床CT不同的微焦点X射线源球管，空间分辨率最高可以达到微米数量级。Micro-CT除了朝着超高分辨率方向发展外，另一个重要应用是与PET、SPECT、FMT等构成PET/CT、SPECT/CT、PET/SPECT/CT等多模态分子成像设备，为功能成像技术提供结构信息。在双模态成像设备方面，GE、SIEMENS、PHILIPS三大公司分别推出了自己的Micro PET/CT、Micro SPECT/CT产品。在三模态成像设备方面，2005年6月，Gamma Medica在当年召开的核医学年会上发布世界上首台专门用于小动物成像的Micro PET/SPECT/CT；2007年，Kodak发布了具有荧光/SPECT/CT三模态小动物成像的商业产品。截止到2011年底，GE和西门子也已经推出了自己旗下的PET/SPECT/CT三模态小动物成像设备，其中GE是通过与Gamma Medica合作OEM了GM的三模态成像产品。另外，有一家名为MILABS的厂商宣称推出了三模态的成像设备。
PET/SPECT/CT三模态成像设备在功能上有着特异性不够、分子靶点标记不易等缺点，此外PET/SPECT均为采用正电子湮灭原理来进行靶向性成像的核医学成像方法。
在国内小动物活体成像领域，已分别有计算机断层扫描成像CT、正电子发射断层成像PET、单光子发射断层成像SPECT、荧光断层成像FMT的小动物活体成像系统报道，但是，现有技术中的多模态成像装置，对于分子医学影像领域而言，具有实际应用价值的只有PET与荧光成像，并没有包括X-ray CT与SPECT。并且现有技术中的各个成像系统只停留在概念上，不具备实际意义，无法运用在实际工作当中。同时，四个模态的成像系统之间并没有直接的关联性，并不在同一检查轴上，无法实现多模态图像的同机融合。
发明内容
为了进一步提高多模态分子影像技术的特异性和适用面，本发明提供了一种可行的X-rayCT/PET/SPECT/FMT四个模态同机一体的多模态小动物分子影像成像装置与成像方法。
本发明的一个目的在于提供一种多模态小动物分子影像成像装置。
本发明的一种多模态小动物分子影像成像装置包括：X射线计算机断层成像X-ray CT系统；正电子发射断层成像PET系统；单光子发射断层成像SPECT系统；荧光层析成像FMT系统；旋转机架系统；小动物床系统；以及数据采集系统和计算机；各个成像系统经数据线由数据采集系统采样保存至计算机；各个成像系统共用一个小动物床系统和同一检查轴；其中：
X-ray CT系统、SPECT系统和FMT系统安装在同一个旋转机架系统上，构成X-rayCT/SPECT/FMT系统；小动物床系统安装在底座的一端，X-ray CT/SPECT/FMT与PET系统分别安装在底座的另一端，并且各个系统位于同一轴线上；或者
小动物床系统安装在底座的中央，X-ray CT/SPECT/FMT系统与PET系统分别围绕着小动物床系统安装在底座上，并且各个系统的轴线在同一个水平面内。
本发明的一种多模态小动物分子影像成像装置包括：X射线计算机断层成像X-ray CT系统；正电子发射断层成像PET系统；单光子发射断层成像SPECT系统；荧光层析成像FMT系统；旋转机架系统；小动物床系统；以及数据采集系统和计算机；各个成像系统经数据线由数据采集系统采样保存至计算机；各个成像系统共用一个小动物床系统和同一检查轴；其中：
X-ray CT系统和SPECT系统安装在一个旋转机架系统上，构成X-ray CT/SPECT系统，FMT系统安装在另一个旋转机架系统上；小动物床系统安装在底座的一端，X-ray CT/SPECT系统、FMT系统和PET系统按照6种排列顺序之一的顺序分别安装在底座的另一端，并且各个系统位于同一轴线上；或者
小动物床系统安装在底座的中央，X-ray CT/SPECT系统与PET系统分别围绕着小动物床系统安装在底座上，并且各个系统的轴线在同一个水平面内。
本发明的一种多模态小动物分子影像成像装置包括：X射线计算机断层成像X-ray CT系统；正电子发射断层成像PET系统；单光子发射断层成像SPECT系统；荧光层析成像FMT系统；旋转机架系统；小动物床系统；以及数据采集系统和计算机；各个成像系统经数据线由数据采集系统采样保存至计算机；各个成像系统共用一个小动物床系统和同一检查轴；其中：
X-ray CT系统、SPECT系统和FMT系统分别安装在各自的旋转机架系统上；小动物床系统安装在底座的一端，X-ray CT系统、SPECT系统、FMT系统和PET系统按照24种排列顺序之一的顺序分别安装在底座的另一端，并且各个系统位于同一轴线上；或者
小动物床系统安装在底座的中央，PET系统、X-ray CT系统、SPECT系统和FMT系统分别围绕着小动物床系统安装在底座上，并且各个系统的轴线在同一个水平面内。
进一步，旋转机架系统包括旋转台、轴套和滑环系统。旋转台通过旋转台托架固定在底座上，可以完成在平面内的旋转。旋转台的中间具有通孔，其轴线与小动物床系统的轴线位于同一个水平面内。滑环系统通过滑环托架安装在底座上，并且通过轴套与旋转台相连接。安装在旋转台上的各种设备的数据线和电线通过轴套进入滑环系统，数据线和电线经滑环系统梳理后分别连接至电源或数据采集系统。
X-ray CT系统包括：X射线源、X射线准直器和X射线探测器；其中，X射线源与X射线探测器相对地围绕着通孔安装在旋转机架系统的旋转台上，二者之间形成探测区域，借助旋转机架的转动可围绕被测的小动物在平面内做旋转；X射线准直器安装在X射线源的前端，位于探测区域与X射线源之间；X射线源发出X射线，经过X射线准直器产生满足要求的X射线束，X射线束通过被测的小动物后投影在X射线探测器的成像面，由X射线探测器生成投影的数据经数据线由数据采集系统采样保存至计算机。X射线源通过电线经滑环系统连接至电源，X射线探测器通过数据线经电源连接至数据采集系统。X射线探测器可以采用平板型探测器或者是线型探测器，成像模式可根据实际需求采用三代CT扫描模式、螺旋CT模式或者锥束CT扫描模式。
PET系统包括：γ射线探测器、探测电子学装置和γ射线探测器机架；其中，γ射线探测器机架固定在底座上，γ射线探测器机架具有通孔，其轴线与旋转台的通孔和小动物床系统的轴线位于同一个水平面内；γ射线探测器环绕着通孔安装在γ射线探测器机架上，形成γ射线探测器阵列，γ射线探测器环绕的区域形成探测区域；探测电子学装置经数据线与γ射线探测器相连，并且探测电子学装置不在探测区域内。γ射线探测器由前端能够将γ射线转换成可见光的闪烁晶体和后端的高灵敏度的光电探测器组成，二者之间通过光导连接。探测电子学装置经数据线连接至数据采集系统，数据采集系统连接至计算机。探测电子学装置由高速信号甄别电路构成，每个γ射线探测器接收到γ光子后产生一个定时脉冲，将这些定时脉冲分别输入高速信号甄别电路进行甄别。探测电子学装置通过一个时钟电路模块设置了一个时间窗，同时落入时间窗的定时脉冲则视为是同一个正电子湮灭事件中产生的γ光子，记录这些符号γ光子信号的位置信息，并将其计数，从而得到PET成像原始数据，通过数据采集系统记录PET数据并将其保存至计算机用于图像重建。探测电子学装置通过电线经滑环系统连接至电源，γ射线探测器通过数据线经电源连接至数据采集系统。γ射线探测器阵列可采用环形结构，也可采用两个以上互成等角度的平板结构。
SPECT系统包括：SPECT探测器、准直器和探测器平移机构；其中，探测器平移机构安装在旋转台上，SPECT探测器固定在探测器平移机构上，可以做平移运动；SPECT探测器数量为一个或两个以上，当SPECT探测器为两个以上时，探测器之间呈一定夹角，围绕着旋转台的通孔通过探测器平移机构安装在旋转台上。SPECT探测器围绕的区域形成探测区域。准直器安装在SPECT探测器的前端，位于SPECT探测器与探测区域之间。SPECT探测器由前端能够将γ射线转换成可见光的闪烁晶体与后端高灵敏度光电探测器组成，二者之间通过光导连接。注射至生物体内的单光子示踪剂发出γ射线，γ射线经闪烁晶体转换成可见光，在经过光电倍增管转换为电信号。SPECT探测器通过数据线经电源连接至数据采集系统。准直器由可屏蔽γ射线的材料构成，可采用平行孔阵列形式、针孔形式以及斜孔形式中的一种。
荧光成像系统包括：激光发生器、光纤、光纤移动台和成像装置；其中，激光发生器与成像装置相对地围绕着通孔安装在旋转台上，二者之间形成探测区域；光纤移动台固定在旋转台上；激光发生器发射出来的激光通过光纤照射被测的小动物，光纤通过光纤移动台的滑道可在一定角度范围内沿滑道对被测的小动物进行扫描照射。成像装置通过数据线经电源连接至数据采集系统。
小动物床系统由升降机构、平移机构和小动物床。升降机构固定在底座上并且能在平面内旋转，平移机构安装在升降机构上，小动物床安装在平移机构上。升降机构与平移机构用于移动小动物床，使其处于探测区域的合适位置。小动物床的前端作为被探测区域用于承放小动物，其孔径大小应适合成像系统的要求。
以上所有系统均固定在同一底座上，各个系统之间相对的物理空间尺寸应根据系统设计需求确定。
本发明的另一个目的在于提供一种多模态小动物分子影像成像方法。
本发明的多模态小动物分子影像成像方法包括以下步骤：
1）将被测的小动物固定在多模态分子影像成像系统的小动物床的前端，将分子成像探针注射至被测的小动物；
2）将多模态分子成像探针注射至被测的小动物，可以采用多模态分子成像探针（双模态、三模态或者四模态分子成像探针），或者采用单模态分子成像探针分步注射以分别满足四个成像模态的成像要求；
3）一定时间后，调整小动物床位置，使其与成像系统的探测区域中心对准，在被测物沿着检查轴移动时分别使用X射线计算机断层成像系统X-ray CT、正电子发射断层成像系统PET、单光子发射断层成像系统SPECT和荧光层析成像系统FMT对被测的小动物成像，其中各个成像模态的扫描成像顺序根据成像需求来安排扫描顺序；
4）分别将各个模态探测到的成像数据按照相应的成像方法进行图像重建，最后进行多模态图像的同机配准图像融合，得到被测的小动物的X-ray CT/PET/SPECT/FMT四个模态的同机融合分子医学影像。
其中，双模态为X-ray CT、PET、SPECT和FMT中任意两个组成的6种组合之一的成像模态；三模态为X-ray CT、PET、SPECT和FMT中任意三个组成的4种组合之一的成像模态；四模态为X-ray CT、PET、SPECT和FMT组成的成像模态。
基于正电子发射断层成像PET、单光子发射断层成像SPECT的核素成像设备和荧光分子层析成像FMT的光学成像设备特别适合研究分子、代谢和生理学事件（功能成像）；而X射线断层成像CT设备则适合于解剖学成像（结构成像）；融合多模态成像技术（PET/CT、SPECT/CT）则能够结合功能成像和结构成像两方面的优点。X-ray CT/PET/SPECT/FMT四模态的同机融合分子医学影像可实现不同影像设备的优势互补，使获取的影像结果更精确、更可靠。
本发明的优点：
本发明的X射线计算机断层成像X-ray CT系统、正电子发射断层成像PET系统、单光子发射断层成像SPECT系统和荧光层析成像FMT系统，共用一个小动物床系统和同一检查轴，X-ray CT/PET/SPECT/FMT四模态的同机融合分子医学影像可实现不同影像设备的优势互补，使获取的影像结果更精确、更可靠。
附图说明
图1是本发明的多模态成像小动物分子成像装置的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明的FMT系统的一个实施例的结构示意图；
图3是本发明的PET系统的一个实施例的结构示意图；
图4是本发明的X-ray CT系统与SPECT系统的一个实施例的结构示意图；
图5是本发明的旋转机架的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实例对本发明做进一步说明。
在本实施例中，本发明的多模态小动物分子影像成像装置包括：X射线计算机断层成像X-ray CT系统3；正电子发射断层成像PET系统2；单光子发射断层成像SPECT系统4；荧光层析成像FMT系统1；旋转机架系统5；小动物床系统6；以及数据采集系统和计算机；各个成像系统经数据线由数据采集系统采样保存至计算机；各个成像系统共用一个小动物床系统和同一检查轴；其中：X-ray CT系统和SPECT系统安装在一个旋转机架系统5上，构成X-ray CT/SPECT系统，FMT系统安装在另一个旋转机架系统上；小动物床系统6安装在底座7的一端，FMT系统1、PET系统2及X-ray CT/SPECT系统3和4依次分别安装在底座7的另一端，并且各个系统位于同一轴线上，如图1所示。
如图5所示，旋转机架系统包括旋转台51、轴套52和滑环系统53。旋转台51通过旋转台托架511固定在底座7上，可以完成在平面内的旋转。旋转台的中间具有通孔54（如图4所示），其轴线与小动物床系统的轴线位于同一个轴线上。滑环系统53通过滑环托架531安装在底座上，并且通过轴套52与旋转台51相连接。安装在旋转台51上的各种设备的数据线和电线通过轴套52进入滑环系统53，数据线和电线经滑环系统53梳理后分别连接至电源或数据采集系统。在本实施例中，旋转台51进一步包括驱动电机512、大口径轴承513、旋转平台514和圆盘515。旋转平台通过旋转台托架511固定在底座7上，大口径轴承513安装在旋转平台514上，与大口径轴承513相连接的圆盘515上有固定孔位，用来固定X-ray CT系统的射线源与探测器及其配套设备、SPECT系统的SPECT探测器及其配套设备。轴套52用于将大口径轴承513与后端的滑环系统相连接。根据圆盘上各项设备的重量分布情况进行配重，保证圆盘在旋转时使旋转轴受力均匀。整个旋转台51的驱动旋转是由驱动电机512驱动其旋转驱动机构来完成的。驱动电机512采用大功率的高精度伺服电机，旋转驱动机构采用齿轮啮合；保证系统供电与数据传输的滑环系统53采用多通道、能够传输强弱电、高传输速率、能够保证信号精确传输的高性能滑环，并根据实际需要的有效探测区域来决定大口径轴承的尺寸。
如图1所示，小动物床系统由升降机构61、平移机构62和小动物床63。升降机构61在底座7上，平移机构安62装在升降机构61上，小动物床安装在平移机构上。升降机构61与平移机构62用于移动小动物床63，使其处于探测区域的合适位置。小动物床63的前端作为被探测区域用于承放小动物，其孔径大小应适合成像系统的要求。在本实施例中，小动物床63使用透明的高硬度有机玻璃，其刚性较好、对X射线以及可见光吸收较小，此外，为考虑活体小动物成像的需要，还预留了麻醉气体管和小动物呼吸面罩的空间。
紧邻小动物运动床装置6的是荧光层析成像FMT系统1。如图2所示，FMT系统安装在一个旋转机架系统5上，从而固定在底座7上。荧光层析成像系统包括：激光发生器、光纤12、光纤移动台13和成像装置14。成像装置14进一步包括成像元件141、光学镜头143和滤波片转盘142。激光发生器发射出来的激光通过光纤12照射被测的小动物，光纤12固定在光纤移动台13的滑道15上可在一定角度范围内沿滑道对动物进行扫描照射。在探测区域的另一侧旋转台上安装高灵敏度成像元件141用于接收光子数据，在成像元件141前面安装一个光学镜头143，在成像元件141和光学镜头143中间安装有电脑控制的滤波片转盘142，可自动更换滤波片以达到不同的滤光要求。激光的光纤12与成像装置14相互成对立并围绕探测区域安装，借助旋转机架的转动可围绕被测物做圆周运动，获得多角度的成像数据。激发荧光采用透射模式，激发光源与探测器分别位于探测物体的两侧。激光发生器包括氙灯、光纤和激发滤光片。氙灯发出的激光经过激发滤光片后，由光纤聚焦到小动物的身体上。激光的强度可调，波长范围400nm-900nm，基本覆盖了DsRed、Cy5.5、Alexa Fluor、ICG等主要荧光探针的激发波长范围。成像元件141采用制冷型电子倍增CCD（EMCCD），通过光学镜头覆盖成像视野。为了避免激发光对荧光信号的影响，镜头前端放置荧光滤光片。针对以上提到的主要荧光探针，相应的滤波片转盘的滤波片的通带范围为：575nm-650nm，695nm-770nm，810nm-880nm。激发光滤光片与滤波片转盘的滤波片分别安装在两个滤波片轮上，通过滤波片轮的旋转实现滤波片的切换。
荧光层析成像系统1的后侧是正电子发射断层成像PET系统2。如图3所示，PET系统包括：γ射线探测器21、探测电子学装置22和γ射线探测器机架23。γ射线探测器机架23固定在底座7上，γ射线探测器机架具有通孔24，其轴线与旋转台的通孔24和小动物床系统的轴线位于同一个轴线上。γ射线探测器21环绕着通孔24安装在γ射线探测器机架上，形成γ射线探测器阵列，γ射线探测器环绕的区域形成探测区域。探测电子学装置22经数据线与γ射线探测器相连，并且探测电子学装置22不在探测区域内。γ射线探测器21由前端能够将γ射线转换成可见光的闪烁晶体和后端的高灵敏度的光电探测器组成，二者之间通过光导连接。优选的，闪烁晶体采用高光子产额的闪烁晶体，如碘化铯晶体，LYSO晶体；光电探测器宜采用高增益并且能够探测位置信息的光电探测器，如位敏光电倍增管；也可采用直接转换高能射线为电信号的探测晶体，如碲锌镉(CZT)探测器。在本实施例中，PET系统的γ射线探测器采用硅酸钇镥闪烁晶体LYSO与硅基半导体光电倍增阵列SiPM构成，LYSO晶体与SiPM探测器之间采用光学硅油耦合。LYSO晶体具有高光输出、快发光衰减、有效原子序数多、密度大等特性，并且物化性质稳定、不潮解、对γ射线探测效率高；SiPM具有体积小、重量轻、无需高压电、不受磁场干扰、寿命长以及易于维护等优点。探测电子学装置22包括配套SiPM探测器前端放大器及甄别单元、位置编码电子学单元、脉冲事件时间提取单元（快速成型放大器、定时电路、TDC电路）、数字符合及事件编码单元、先入先出（First infirst out）FIFO数据缓冲单元、数据采集及接口单元。探测电子学装置通过一个时钟电路模块设置了一个时间窗，同时落入时间窗的定时脉冲则视为是同一个正电子湮灭事件中产生的γ光子，记录这些符号γ光子信号的位置信息，并将其计数，从而得到PET成像原始数据，通过数据采集系统记录PET数据并将其保存至计算机用于图像重建。γ射线探测器阵列可采用环形结构，也可采用两个以上互成等角度的平板结构。
在PET系统2的后侧是共用一个旋转机架的X射线计算机断层成像X-ray CT系统与单光子发射断层成像SPECT系统3和4。
X-ray CT系统3包括：X射线源31、X射线准直器和X射线探测器33。在本实施例中，X-ray CT系统采用35KV-75KV，63μm焦点的微焦点X射线源与线型X射线探测器，采用三代螺旋CT扫描方式，X射线源与X射线探测器相互成对立并围绕探测区域安装，借助旋转机架的转动可围绕被测的小动物在平面内旋转。X射线源31发出X射线，经过X射线准直器产生满足要求的X射线束，X射线束通过被测的小动物后投影在X射线探测器33的成像面，由X射线探测器33生成投影的数据经数据线由数据采集系统采样保存至计算机。X-ray CT系统能够实现透视扫描、螺旋扫描、高精度定点扫描采集模式，能够实现小动物的高精度断层成像，并为PET或SPECT系统提供解剖结构信息，以及为FMT系统的图像重建提供CT先验知识。
SPECT系统4包括：SPECT探测器41、准直器42和探测器平移机构43。SPECT探测器41由前端能够将γ射线转换成可见光的闪烁晶体与后端高灵敏度光电探测器组成，二者之间通过光导连接。在本实施例中，SPECT系统的SPECT探测器41采用硅酸钇镥闪烁晶体LYSO与位置灵敏光电倍增管PsPMT构成，LYSO晶体与PsPMT探测器之间采用光学硅油耦合，Micro SPECT与X-ray CT共用同一个旋转机架与滑环传输系统。准直器42由金属铅制成，采用平行孔阵列形式。注射至生物体内的单光子示踪剂发出γ射线，γ射线经闪烁晶体转换成可见光，再经过光电倍增管转换为电信号。SPECT探测器41固定在探测器平移机构43上，可以做平移运动尽可能的接近被测的小动物以提高γ射线探测器的灵敏度。本实施例中采用两个SPECT探测器41，探测器之间互成180°夹角并前后错位排列紧密相连，围绕探测区域在平面内做旋转，使有效探测区域FOV足以覆盖整个小动物。入射的γ射线事件，在晶体上激发出的荧光的位置，经过权重网络和ADC转为包含位置信息的X、Y、E数据，通过100M传输速度的TCP/IP网络接口发送到采集计算机，形成图像帧。
在对活体小动物进行四模态同机融合分子影像成像时，将麻醉后的活体小动物固定在多模态分子影像成像系统的运动扫描床检测区域，将分子成像探针注射至被测的小动物。多模态分子成像探针可以采用多模态分子成像探针（双模态、三模态或者四模态分子成像探针），或者采用单模态分子成像探针分步注射以分别满足四个成像模态的成像要求。一定时间后，调整运动扫描床位置，使其与成像系统的有效探测区域中心对准。在被测物沿着检查轴移动时分别使用X射线计算机断层成像X-ray CT系统、正电子发射断层成像PET系统、单光子发射断层成像SPECT系统和荧光层析成像FMT系统对被测的小动物成像，依次进行X-ray CT→FMT→PET→SPECT四个模态的成像。分别将各个模态探测到的成像数据按照相应的成像方法进行图像重建，最后进行多模态图像的同机配准图像融合，得到被测的小动物的X-rayCT/PET/SPECT/FMT四个模态的同机融合分子医学影像。
基于正电子发射断层成像PET、单光子发射断层成像SPECT的核素成像设备和荧光分子层析成像FMT的光学成像设备特别适合研究分子、代谢和生理学事件（功能成像）；而X射线断层成像CT设备则适合于解剖学成像（结构成像）；融合多模态成像技术（PET/CT、SPECT/CT）则能够结合功能成像和结构成像两方面的优点。X-ray CT/PET/SPECT/FMT四模态的同机融合分子医学影像可实现不同影像设备的优势互补，使获取的影像结果更精确、更可靠。
最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种多模态小动物分子影像成像装置，其特征在于，所述成像装置包括：X射线计算机断层成像X-ray CT系统；正电子发射断层成像PET系统；单光子发射断层成像SPECT系统；荧光层析成像FMT系统；旋转机架系统；小动物床系统；以及数据采集系统和计算机；各个成像系统经数据线由数据采集系统采样保存至计算机；各个成像系统共用一个小动物床系统和同一检查轴；其中：
所述X-ray CT系统、SPECT系统和FMT系统安装在同一个旋转机架系统上，构成X-rayCT/SPECT/FMT系统；所述小动物床系统安装在底座（7）的一端，所述X-ray CT/SPECT/FMT与PET系统分别安装在底座（7）的另一端，并且各个系统位于同一轴线上；或者
所述小动物床系统安装在底座（7）的中央，所述X-ray CT/SPECT/FMT系统与PET系统分别围绕着小动物床系统安装在底座（7）上，并且各个系统的轴线在同一个水平面内。
2.一种多模态小动物分子影像成像装置，其特征在于，所述成像装置包括：X射线计算机断层成像X-ray CT系统；正电子发射断层成像PET系统；单光子发射断层成像SPECT系统；荧光层析成像FMT系统；旋转机架系统；小动物床系统；以及数据采集系统和计算机；各个成像系统经数据线由数据采集系统采样保存至计算机；各个成像系统共用一个小动物床系统和同一检查轴；其中：
所述X-ray CT系统和SPECT系统安装在一个旋转机架系统上，构成X-ray CT/SPECT系统，所述FMT系统安装在另一个旋转机架系统上；所述小动物床系统安装在底座（7）的一端，所述X-ray CT/SPECT系统、FMT系统和PET系统按照6种排列顺序之一的顺序分别安装在底座（7）的另一端，并且各个系统位于同一轴线上；或者
所述小动物床系统安装在底座（7）的中央，所述X-ray CT/SPECT系统与PET系统分别围绕着所述小动物床系统安装在底座（7）上，并且各个系统的轴线在同一个水平面内。
3.一种多模态小动物分子影像成像装置，其特征在于，所述成像装置包括：X射线计算机断层成像X-ray CT系统；正电子发射断层成像PET系统；单光子发射断层成像SPECT系统；荧光层析成像FMT系统；旋转机架系统；小动物床系统；以及数据采集系统和计算机；各个成像系统经数据线由数据采集系统采样保存至计算机；各个成像系统共用一个小动物床系统和同一检查轴；其中：
所述X-ray CT系统、SPECT系统和FMT系统分别安装在各自的旋转机架系统上；所述小动物床系统安装在底座（7）的一端，所述X-ray CT系统、SPECT系统、FMT系统和PET系统按照24种排列顺序之一的顺序分别安装在底座（7）的另一端，并且各个系统位于同一轴线上；或者
所述小动物床系统安装在底座（7）的中央，所述PET系统、X-ray CT系统、SPECT系统和FMT系统分别围绕着小动物床系统安装在底座(7)上，并且各个系统的轴线在同一个水平面内。
4.如权利要求1至3之一所述的成像装置，其特征在于，所述旋转机架系统包括旋转台（51）、轴套（52）和滑环系统（53）；其中，所述旋转台（51）通过旋转台托架（511）固定在所述底座（7）上；所述旋转台（51）的中间具有通孔（54），其轴线与所述小动物床系统（6）的轴线位于同一个水平面内；所述滑环系统（53）通过滑环托架（531）安装在所述底座（7）上，并且通过所述轴套（52）与所述旋转台（51）相连接；安装在所述旋转台（51）上的各种设备的数据线和电线通过轴套进入滑环系统，数据线和电线经所述滑环系统（53）梳理后分别连接至电源或数据采集系统。
5.如权利要求4所述的成像装置，其特征在于，所述X-ray CT系统包括：X射线源（31）、X射线准直器和X射线探测器（33）；其中，所述X射线源（31）与X射线探测器（33）相对地围绕着通孔（54）安装在所述旋转机架系统的旋转台（51）上，二者之间形成探测区域，借助所述旋转机架的转动围绕被测的小动物在平面内做旋转；所述X射线准直器安装在所述X射线源（31）的前端，位于探测区域与所述X射线源（31）之间。
6.如权利要求4所述的成像装置，其特征在于，所述PET系统包括：γ射线探测器（21）、探测电子学装置（22）和γ射线探测器机架（23）；其中，所述γ射线探测器机架（23）固定在所述底座（7）上；所述γ射线探测器机架（23）具有通孔（24），其轴线与旋转台的通孔和小动物床系统的轴线位于同一个水平面内；所述γ射线探测器（21）环绕着所述γ射线探测器机架（23）的通孔（24）安装在所述γ射线探测器机架（23）上，形成γ射线探测器阵列，γ射线探测器环绕的区域形成探测区；所述探测电子学装置（22）经数据线与γ射线探测器相连，并且探测电子学装置（22）不在探测区域内。
7.如权利要求4所述的成像装置，其特征在于，所述SPECT系统包括：SPECT探测器（41）、准直器（42）和探测器平移机构（43）；其中，所述探测器平移机构（43）安装在旋转台（51）上，所述SPECT探测器（41）固定在所述探测器平移机构（43）上，做平移运动；所述SPECT探测器（41）的数量为一个或两个以上，当SPECT探测器为两个以上时，探测器之间呈一定夹角，围绕着旋转台的通孔（54）通过探测器平移机构（43）安装在旋转台（51）上；所述探测器（41）围绕的区域形成探测区域；所述准直器（42）安装在所述SPECT探测器（41）的前端，位于所述SPECT探测器与探测区域之间。
8.如权利要求4所述的成像装置，其特征在于，所述荧光层析成像系统包括：激光发生器、光纤（12）、光纤移动台（13）和成像装置（14）；其中，所述激光发生器与成像装置（14）相对地围绕着通孔安装在所述旋转机架系统的旋转台上，二者之间形成探测区域；所述光纤移动台（13）固定在所述旋转台上；所述激光发生器（11）发射出来的激光通过光纤（12）照射被测的小动物；所述光纤（12）通过光纤移动台的滑道（15）在一定角度范围内沿滑道对被测的小动物进行扫描照射。
9.如权利要求1至3之一所述的成像装置，其特征在于，所述小动物床系统由升降机构（61）、平移机构（62）和小动物床（63）；其中，升降机构（61）固定在底座（7）上并且能在平面内旋转；平移机构（62）安装在升降机构（61）上；小动物床（63）安装在平移机构上。
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: REN QIUSHI LU YANYE YANG KUN JIANG XIAOYUN PANG BO ZHOU KEDI ZHANG QIUSHI TO: REN QIUSHI LU YANYE YANG KUN GUO MINGBING PANG BO ZHOU KEDI ZHANG QIUSHI |
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| GR01 | Patent grant |