CN107242860A - 荧光分子层析成像系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种荧光分子层析成像系统及方法。该荧光分子层析成像系统包括激发光源、承载台、接收装置及处理单元；激发光源用于提供激发光；承载台用于承载被检查体，被检查体接受激发光以激发荧光；接收装置包括荧光探测模块、激发光探测模块及分束器；分束器用于将荧光沿第一方向出射以及将通过被检查体的激发光沿第二方向出射；荧光探测模块设于分束器的第一方向，用于接收荧光并将荧光转换成第一电信号；激发光探测模块设于分束器的第二方向，用于接收通过被检查体的激发光并将激发光转换成第二电信号；处理单元用于根据第一电信号以及第二电信号进行荧光重建。使用本发明荧光分子层析成像系统及方法，能够提高实验结果的准确性。

Description

荧光分子层析成像系统及方法
技术领域
本发明涉及生物医学技术领域，尤其涉及一种荧光分子层析成像系统及荧光分子层析成像方法。
背景技术
人类的许多疾病都可以建立小动物病理模型，通过对小动物的研究可以帮助人们了解疾病的发病机理、研发新型药物以及评价药物疗效等。而小动物分子影像技术在小动物研究中发挥着重要作用。荧光分子层析成像(fluorescence molecular tomography,FMT)是一种新兴的小动物分子影像技术，相比于传统的二维荧光成像，它通过采集小动物体表出射的荧光和激发光信息，并建立光在生物组织中的传播模型，可以对小动物体内荧光物质的三维空间分布进行成像。同时，它具有无创、灵敏度高、特异性好和安全无辐射等优点，因此在小动物研究中得到广泛的关注。
目前，荧光分子层析成像系统通常采用一束激光作为激发光。此种方法主要存在的问题是激发光激发产生的荧光弱，可能由于集中的荧光物质离激发光的入射位置较远，或者由于荧光物质分布在小动物体内多处而造成激发光不能完全激发所有的荧光物质。现有的解决此问题的方法是移动激发光位置进行多圈扫描，从而实现所有荧光物质的强激发，但是，多圈扫描必然会增加实验时间，实验时间的增加会造成小动物实验的不适，从而可能会造成小动物位置发生变化，最终导致实验结果的不准确性。另外荧光重建需要采集同一位置的激发光图和荧光图，而现有的方法是采集完一圈荧光图后再采集一圈激发光图；同理，荧光图和激发光图的分别采集无疑增加了实验时间，实验时间的增加会造成小动物实验的不适，从而可能会造成小动物位置发生变化，造成荧光图和激发光图采集的不是小鼠的同一位置，最终导致实验结果的不准确性。而且荧光物质随着时间的延长会发生光漂白，因此，实验时间越长，实验结果的不准确性越高。
所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于至少部分克服上述现有技术的不足，提供一种提高实验结果准确性的荧光分子层析成像系统及荧光分子层析成像方法。
本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。
根据本公开的一个方面，提供一种荧光分子层析成像系统，包括：
激发光源，用于提供激发光；
承载台，用于承载被检查体，所述被检查体接受所述激发光以激发荧光；
接收装置，包括荧光探测模块、激发光探测模块及分束器；其中：
所述分束器，用于将所述荧光沿第一方向出射以及将通过所述被检查体的激发光沿第二方向出射；
所述荧光探测模块，设于所述分束器的所述第一方向，用于接收所述荧光并将所述荧光转换成第一电信号；
所述激发光探测模块，设于所述分束器的所述第二方向，用于接收通过所述被检查体的激发光并将所述激发光转换成第二电信号；
处理单元，用于根据所述第一电信号以及所述第二电信号进行荧光重建。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激发光源以及接收装置与所述被检查体能够相对转动，以使所述处理单元生成荧光三维分布图像。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激发光源以及接收装置为固定设置，所述承载台能够转动以带动所述被检查体转动。
在本公开的一种示例性实施例中，所述承载台为固定设置，所述激发光源以及接收装置能够以所述承载台为中心转动。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激发光源包括：
激光器，用于发射所述激发光；
激发光调节机构，用于将所述激光器出射的所述激发光分成多束激发光。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激发光调节机构包括：
分束镜，其光轴与所述激发光成预设角度，所述分束镜用于通过反射和投射将所述激发光分成两束；
反射镜，与所述分束镜平行设置，所述反射镜用于将通过所述分束镜的其中一束激发光反射，使其与另一束激发光平行。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激发光调节机构包括：
第一分束镜，其光轴与所述激发光成预设角度，所述第一分束镜用于通过反射和透射将所述激发光分成两束；
第二分束镜，与所述第一分束镜平行设置，所述第二分束镜用于将通过所述第一分束镜的其中一束激发光分成两束；
第一反射镜，与所述第一分束镜平行设置，所述第一反射镜用于将通过第二分束镜的其中一束激发光反射，使其与通过第二分束镜的另一束激发光以及通过所述第一分束镜的另一束激发光平行；
第三分束镜，与所述第一分束镜垂直或平行设置，所述第三分束镜用于将通过所述第一分束镜的另一束激发光分成两束；
第二反射镜，与所述第三分束镜平行设置，所述第二反射镜用于将通过所述第三分束镜的其中一束激发光反射，使其与通过所述第三分束镜的另一束激发光以及通过第二分束镜的另一束激发光平行。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激发光调节机构包括：
第一分束镜，其光轴与所述激发光成预设角度，所述第一分束镜用于将所述激发光分成两束；
第二分束镜，与所述第一分束镜平行设置，所述第二分束镜用于将通过所述第一分束镜的其中一束激发光分成两束；
第三分束镜，与所述第二分束镜平行设置，所述第三分束镜用于将通过所述第二分束镜的其中一束激发光分成两束；
第一反射镜，与所述第三分束镜平行设置，所述第一反射镜用于将通过第三分束镜的其中一束激发光反射，使其与另一束激发光平行；
所述第一分束镜、第二分束镜、第三分束镜以及第一反射镜在与所述激发光平行或垂直的两个方向上同轴设置，将所述激发光分成四束。
在本公开的一种示例性实施例中，所述荧光探测模块包括：
激发光滤波片，用于滤除激发光；
第一成像单元，用于接收所述荧光并将所述荧光转换成电信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激发光探测模块包括：
荧光滤波片，用于滤除荧光；
第二成像单元，用于接收通过所述被检查体的激发光并将所述激发光转换成电信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体体内的荧光三维分布图像包括：
根据得到所述被检查体体内的荧光的三维吸收系数分布，式中，A为投影矩阵，μf(r)为被检查体体内的荧光的三维吸收系数分布，yx为激发光探测模块接收的通过所述被检查体的激发光的强度，yf为荧光探测模块接收的荧光的强度。
根据本公开的一个方面，提供一种荧光分子层析成像方法，应用于上述任意一项所述的荧光分子层析成像系统，所述荧光分子层析成像方法包括：
提供激发光；
控制所述承载台或所述激发光源以及接收装置按预设规则旋转及停留；
接收所述荧光并将所述荧光转换成第一电信号同时接收通过所述被检查体的激发光并将所述激发光转换成第二电信号；
根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体体内的荧光三维分布图像。
在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体体内的荧光三维分布图像包括：
根据得到所述被检查体体内的荧光的三维吸收系数分布，式中，A为投影矩阵，μf(r)为被检查体体内的荧光的三维吸收系数分布，yx为激发光探测模块接收的通过所述被检查体的激发光的强度，yf为荧光探测模块接收的荧光的强度。
由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：
本发明荧光分子层析成像系统及荧光分子层析成像方法，通过分束器将荧光和激发光分束，分别射向荧光探测模块和激发光探测模块。通过荧光探测模块以及激发光探测模块可以同时采集同一位置的激发光和荧光，避免采用现有技术中的采集完一圈荧光图后再采集一圈激发光图的方法；通过该装置和方法能够有效减少实验时间，减少被检查体由于试验时间过长而产生的不适而造成的被检查体位置发生变化，提高实验结果的准确性，而且加快成像速度减少荧光物质随着实验时间的延长发生的光漂白，提高实验结果的准确性。因此，使用本发明荧光分子层析成像系统及荧光分子层析成像方法，能够提高实验结果的准确性。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本发明荧光分子层析成像系统一示例实施方式的结构示意图；
图2是图1中的激发光调节机构的一示例实施方式的光学结构示意图；
图3是图1中的激发光调节机构的另一示例实施方式的光学结构示意图；
图4是图1中的激发光调节机构的再一示例实施方式的光学结构示意图；
图5是本发明荧光分子层析成像方法一示例实施方式的流程示意框图。
图中主要元件附图标记说明如下：
1、激光器；
2、激发光调节机构；
201、分束镜；
202、反射镜；
203、第一分束镜；
204、第二分束镜；
205、第三分束镜；
206、第一反射镜；
207、第二反射镜；
208、第一反射光；
209、第一透射光；
210、第二透射光；
211、第二反射光；
212、第三透射光；
213、第三反射光；
214、第四反射光；
215、第五反射光；
3、旋转台；
4、荧光探测装置；
41、激发光滤波片；
42、第一成像单元；
43、第一光学镜头；
5、激发光探测装置；
51、荧光滤波片；
52、第二成像单元；
53、第二光学镜头；
6、被检查体；
7、分束器。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
参照图1所示，本发明提供了一种荧光分子层析成像系统，该荧光分子层析成像系统可以包括激发光源、承载台3、接收装置以及处理单元等等；激发光源可以包括激光器1以及激发光调节机构2等等；接收装置可以包括荧光探测模块4、激发光探测模块5以及分束器7等等。
激发光源可以用于提供激发光；在本示例实施方式中，激发光源包括激光器1以及激发光调节机构2。激光器1可以为固体激光器、气体激光器、半导体激光器和液体激光器，本示例实施方式中对此不做特殊限定。
激发光调节机构2可以用于将所述激发光分成多束激发光。在本示例实施方式中，激发光调节机构2可以包括多个分束镜201以及反射镜202，通过多个分束镜201以及反射镜202将所述激发光分成多束激发光。下面通过三个具体方案来说明激发光调节机构2的具体结构。
在一个实施例中，参照图2所示，激发光调节机构2可以将所述激发光分成两束激发光。激发光调节机构2可以包括分束镜201以及反射镜202等等。分束镜201的光轴与所述激发光成预设角度，即分束镜201可以相对于所述激发光倾斜设置，使激发光倾斜射到分束镜201上，分束镜201可以通过反射和投射将所述激发光分成两束，即一束反射光一束透射光；反射镜202与所述分束镜201平行设置，所述反射镜202用于将通过所述分束镜201的其中一束激发光反射，使其与另一束激发光平行。在本示例实施方式中，分束镜201与激发光的预设角度大约为45度，反射镜202可以设于分束镜201的下方位置，反射镜202将反射光再次进行反射，使再次反射的反射光与透射光平行，从而形成两束激发光投向被检查体。另外，本领域技术人员可以理解的是，反射镜202还可以设置在分束镜201的右方位置，反射镜202将透射光反射，使经过反射的透射光与反射光平行，同样也可以形成两束激发光投向被检查体；分束镜201与激发光成的角度也可以设置为20度、30度、40度、41度等等。此方案中提及的下、右均已图2中的方位为准。
在另一个实施例中，参照图3所示，激发光调节机构2可以将所述激发光均匀分成四束激发光。激发光调节机构2可以包括第一分束镜203、第二分束镜204、第一反射镜206、第三分束镜205以及第二反射镜207等等。第一分束镜203的光轴与所述激发光成预设角度，即第一分束镜203相对于所述激发光倾斜设置，所述第一分束镜203用于通过反射和透射将所述激发光分成两束；第二分束镜204与所述第一分束镜203平行设置，所述第二分束镜204用于将通过所述第一分束镜203的其中一束激发光分成两束；第一反射镜206与所述第一分束镜203平行设置，所述第一反射镜206用于将通过第二分束镜204的其中一束激发光反射，使其与通过第二分束镜204的另一束激发光以及通过所述第一分束镜203的另一束激发光平行；第三分束镜205与所述第一分束镜203垂直或平行设置，所述第三分束镜205用于将通过所述第一分束镜203的另一束激发光分成两束；第二反射镜207与所述第三分束镜205平行设置，所述第二反射镜207用于将通过所述第三分束镜205的其中一束激发光反射，使其与通过所述第三分束镜205的另一束激发光以及通过第二分束镜204的另一束激发光平行。
在本示例实施方式中，第一分束镜203与激发光的预设角度大约为45度，第二分束镜204平行于第一分束镜203且设于第一分束镜203的下方位置，第一反射镜206平行于第一分束镜203且设于第二分束镜204的下方位置，第三分束镜205垂直于第一分束镜203且设于第一分束镜203的右方位置，第二反射镜207平行于第三分束镜205且设于第三分束镜205的上方位置。第一分束镜203、第二分束镜204以及第三分束镜205可以为透射和反射比为50/50的中性分束镜201。第一分束镜203通过透射和反射将激发光均匀分成两束即第一反射光208和第一透射光209；第二分束镜204将第一反射光208均匀分成两束，即第二透射光210和第二反射光211，第二反射光211与第一透射光209平行；第三分束镜205将第一透射光209均匀分成两束，即第三透射光212和第三反射光213；第一反射镜206将第二透射光210反射形成第四反射光214，使第四反射光214与第二反射光211以及第一透射光209平行；第二反射镜207将第三反射光213反射形成第五反射光215，使第五反射光215与第二反射光211以及第一透射光209平行；如此，可以将激发光均匀分成由第五反射光215、第三透射光212、第二反射光211以及第四反射光214组成的四束激发光，四束激发光投向被检查体6。
当然，在本公开的其他示例实施方式中，第二分束镜204、第一反射镜206也可以设置在第一分束镜203的右方或左方位置，而第三分束镜205以及第二反射镜207可以设置在第一分束镜203的下方或上方位置，此方案中提及的上、下、左、右均已图3中的方位为准。由于在图3中激发光来自于左方，因此，激发光调节机构2相对设置在右方；在激发光的发出位置不同激发光调节机构2中的各个组成部将及零件的位置不同。另外，第三分束镜205还可以平行于第一分束镜203设置，此时，可以将第二反射镜207平行于第三分束镜205且设于第三分束镜205的下方位置。分束镜201与激发光成的角度也可以设置为20度、30度、40度、41度等等。
在又一个实施例中，参照图4所示，激发光调节机构2可以将所述激发光分成四束激发光。激发光调节机构2可以包括第一分束镜203、第二分束镜204、第三分束镜205以及第一反射镜206等等。第一分束镜203的光轴与所述激发光成预设角度，即第一分束镜203相对于所述激发光倾斜设置，所述第一分束镜203用于将所述激发光分成两束；第二分束镜204与所述第一分束镜203平行设置，所述第二分束镜204用于将通过所述第一分束镜203的其中一束激发光分成两束；第三分束镜205与所述第二分束镜204平行设置，所述第三分束镜205用于将通过所述第二分束镜204的其中一束激发光分成两束；第一反射镜206与所述第三分束镜205平行设置，所述第一反射镜206用于将通过第三分束镜205的其中一束激发光反射，使其与另一束激发光平行；所述第一分束镜203、第二分束镜204、第三分束镜205以及第一反射镜206在与所述激发光平行或垂直的两个方向上同轴设置，将所述激发光分成四束。
在本示例实施方式中，第一分束镜203与激发光的预设角度大约为45度，第二分束镜204平行于第一分束镜203且设于第一分束镜203的下方位置，第三分束镜205平行于第二分束镜204且设于第二分束镜204的下方位置，第一反射镜206平行于第一分束镜203且设于第三分束镜205的下方位置。第一分束镜203通过透射和反射将激发光分成两束即第一反射光208和第一透射光209；第二分束镜204将第一反射光208分成两束，即第二透射光210和第二反射光211，第二反射光211与第一透射光209平行；第三分束镜205将第二透射光210分成两束，即第三透射光212和第三反射光213，第三反射光213也与第一透射光209平行；第一反射镜206将第三透射光212反射形成第四反射光214，第四反射光214也与第一透射光209平行；如此，可以将激发光均匀分成由第一透射光209、第二反射光211、第三反射光213以及第四反射光214组成的四束激发光，四束激发光投向被检查体6。第一分束镜203、第二分束镜204以及第三分束镜205的透射和反射比可以根据需要设定，例如，在此方案中，第一分束镜203的透射和反射比为1:3，第二分束镜204的透射和反射比为2:1，第三分束镜205的透射和反射比为1:1，如此设置使第一透射光209、第二反射光211、第三反射光213以及第四反射光214的光强比较均匀。
当然，在本公开的其他示例实施方式中，第二分束镜204、第三分束镜205、第一反射镜206也可以依次平行设置在第一分束镜203的右方或左方位置，此方案中提及的上、下、左、右均已图4中的方位为准。由于在图4中激发光来自于左方，因此，激发光调节机构2相对设置在右方；在激发光的发出位置不同激发光调节机构2中的各个组成部将及零件的位置不同。另外，分束镜201与激发光成的角度也可以设置为20度、30度、40度、41度等等。
通过激发光调节机构将激发光分成多束激发光，多束激发光同时对被检查体的多处进行照射，使被检查体体内多处荧光物质被激发，从而实现荧光物质的有效激发，避免采用现有技术中的多圈采集荧光的方法，能够有效减少实验时间，减少被检查体由于试验时间过长而产生的不适而造成的被检查体位置发生变化，提高实验结果的准确性，而且加快成像速度减少荧光物质随着实验时间的延长发生的光漂白，提高实验结果的准确性。
进一步的，激发光源以及接收装置与所述被检查体能够相对转动，以使所述处理单元生成荧光三维分布图像。
在下述中提供两种实现方式说明上述相对转动，容易理解机械领域常见的相对转动技术方案均可用于本申请的技术方案。在一个实施例中，激发光源以及接收装置为固定设置，承载台能够转动以带动所述被检查体转动。在另一个实施例中，承载台为固定设置，激发光源以及接收装置能够以承载台为中心转动。在本示例实施方式中，承载台3可以用于承载被检查体6，且承载台3能够旋转，从而带动被检查体6旋转，所述被检查体6接受所述多束激发光以激发荧光。承载台3可以为电动转台，电动转台技术集机械结构、机构、控制技术和信息技术为一体，是典型的机电一体化产品。电动转台能够360。连续旋转，可以随时控制停止旋转，而且回转精度高，为实验结果的准确性提供保障。
分束器用于将所述荧光沿第一方向出射以及将通过所述被检查体的激发光沿第二方向出射。第一方向可以为反射方向，第二方向即为透射方向；反之，第一方向还可以为透射方向，第二方向即为反射方向。分束器7可以设于承载台3与荧光探测模块4或承载台3与激发光探测模块5之间。在本示例实施方式中，分束器7设于承载台3与激发光探测模块5之间。分束器7用于将所述荧光反射至所述荧光探测模块4，将通过所述被检查体6的激发光透射至所述激发光探测模块5。
在一个实施例中，分束器可以为薄膜分束镜；在另一个实施例中，分束器可以为二向色分束镜。以下以二向色分束镜(Dichroic Mirrors)进行说明，二向色分束镜又称双色镜，分束器7对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。分束器7设于承载台3与激发光探测模块5之间，分束器7对荧光几乎完全反射，而对激光几乎完全透过。当然，在其他示例实施方式中也可以选择对荧光几乎完全透过而对激光几乎完全反射的分束器7，从而可以将分束器7设于承载台3与荧光探测模块4之间。
荧光探测模块4可以用于接收所述荧光并将所述荧光转换成第一电信号。荧光探测模块4可以包括激发光滤波片41以及第一成像单元42等等；激发光滤波片41可以用于滤除激发光；第一成像单元42可以用于接收所述荧光并将所述荧光转换成电信号。在本示例实施方式中，荧光探测模块4还可以包括第一光学镜头43，第一光学镜头43用于对荧光光束进行调整。第一成像单元42可以为CCD成像模组、COMS成像模组等等。激发光滤波片41将激发光滤除，不仅可以避免激发光对第一成像单元42的损伤，而且能够避免激发光造成的噪音，从而提高实验结果的准确性。
激发光探测模块5可以用于接收通过所述被检查体6的激发光并将所述激发光转换成第二电信号。激发光探测模块5可以包括荧光滤波片51以及第二成像单元52等等；荧光滤波片51可以用于滤除荧光；第二成像单元52可以用于接收通过所述被检查体6的激发光并将所述激发光转换成电信号。在本示例实施方式中，激发光探测模块5还可以包括第二光学镜头53，第二光学镜头53用于对激发光光束进行调整。第一成像单元42以及第二成像单元52均可以为CCD成像模组、COMS成像模组等等。荧光滤波片51将荧光滤除，可以避免荧光造成的噪音，从而提高实验结果的准确性。
处理单元可以用于根据所述第一电信号以及所述第二电信号进行荧光重建。在激发光源以及接收装置与所述被检查体能够相对转动的情况下，处理单元可以用于根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体6体内的荧光三维分布图像。具体而言，根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体6体内的荧光三维分布图像包括：根据得到所述被检查体6体内的荧光的三维吸收系数分布，式中，A为投影矩阵，μf(r)为被检查体6体内的荧光的三维吸收系数分布，yx为激发光探测模块5接收的通过所述被检查体6的激发光的强度，yf为荧光探测模块4接收的荧光的强度。
进一步的，参照图5所示的本发明荧光分子层析成像方法一示例实施方式的流程示意框图。本发明的荧光分子层析成像方法应用于上述荧光分子层析成像系统，该荧光分子层析成像方法可以包括：S1，提供激发光；S2，通过包括多个分束镜201的激发光调节机构2将所述激发光分成多束激发光并入射至置于承载台3的被检查体6以激发荧光；S3，控制所述承载台3按预设规则旋转及停留；S4，接收所述荧光并将所述荧光转换成第一电信号以及接收通过所述被检查体6的激发光并将所述激发光转换成第二电信号；S5，根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体6体内的荧光三维分布图像。
下面具体说明该荧光分子层析成像方法。
将含有荧光物质的被检查体6固定在旋转台3上，并尽量使被检查体6处于旋转台3的中心。打开激光器后激发光照射到被检查体6表面，荧光探测装置4和激发光探测装置5进行试拍照以调节荧光探测装置4中第一成像单元42和激发光探测装置5中第二成像单元52的曝光参数和像素合并参数，保证荧光和激发光强度在第一成像单元42以及第二成像单元52的最佳测量范围内。设定一起始位置，在起始位置，保持激光器工作，使激发光通过激发光调节机构2将所述激发光分成多束激发光，多束激发光照射到被检查体6表面，激发光激发被检查体6体内的荧光物质后产生荧光，激发光和荧光经过散射和吸收传出被检查体6体外。控制第一成像单元42和第二成像单元52同时分别采集荧光和激发光。旋转台3从起始位置开始多次旋转预设角度，在每次旋转预设角度后停止预设时间段，直至所述旋转台3旋转一周；在每次停止的预设时间段内，荧光探测装置4接收所述荧光并将所述荧光转换成第一电信号，激发光探测装置5接收通过所述被检查体6的激发光并将所述激发光转换成第二电信号；处理单元根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体6体内的荧光三维分布图像。
所述根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体6体内的荧光三维分布图像包括：根据得到所述被检查体6体内的荧光的三维吸收系数分布，式中，A为投影矩阵，μf(r)为被检查体6体内的荧光的三维吸收系数分布，yx为激发光探测装置5接收的通过所述被检查体6的激发光的强度，yf为荧光探测装置4接收的荧光的强度。
在本示例实施方式中，荧光在被检查体6中的传播由一对耦合扩散方程来描述：
其中，D(r)为扩散系数，r为所述被检查体6内一位置，r'为r所对应的激发光源在所述被检查体6表面的位置，r”为r所对应的荧光在所述被检查体6表面的位置，φx(r',r)为在r'位置的激发光的光子密度，φf(r”,r)为在r”位置的荧光的光子密度，μ(r)为r处的吸收系数，Θ(r)为激发光源项，η为荧光量子产率，μf为荧光物质对激发光的吸收系数。
当光源为一束光照射时，光源项为Θ(r)＝δ(r-rs)，其中rs为入射光的位置。此时被检查体6体内r位置处的激发光强度φx(r',r)为扩散方程(1)的格林函数解G(rs,r)。当光源由一束光变为多束光照射时，光源项变为：
其中，ri'为第i个光源在被检查体6表面的位置，n为入射光源的个数，此时被检查体6体内r位置处的激发光强度φx(r',r)为多个光源产生的激发光强的和：
其中，G(ri',r)为光源在ri'处和r处的扩散方程(1)的格林函数解。
此时，被检查体6体表rd位置处的激发光强度φx(r',rd)和荧光强度φf(r',rd)为：
φf(r',rd)＝∫ημfφx(r',r)G(r,rd)dr(4)
被检查体6体表的荧光投射到第一成像单元42的强度为yf，被检查体6体表的激发光投射到第二成像单元52的强度为yx，投射变换因子为P，则有：
yf＝P·φf(r',rd) (5)
yx＝P·φx(r',rd) (6)
为消除投射变换因子，(5)式除以(6)式得：
式中，A为投影矩阵，μf(r)为被检查体6体内的荧光的三维吸收系数分布，yx为激发光探测装置5接收的通过所述被检查体6的激发光的强度，yf为荧光探测装置4接收的荧光的强度。
将yf和yx代入方程(7)求解即可得到荧光的三维吸收系数分布μf(r)。
上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。
本说明书中使用“约”“大约”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内。在此给定的数量为大约的数量，意即在没有特定说明的情况下，仍可隐含“约”“大约”“大致”“大概”的含义。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
本说明书中，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

Claims (13)

1.一种荧光分子层析成像系统，其特征在于，包括：
激发光源，用于提供激发光；
承载台，用于承载被检查体，所述被检查体接受所述激发光以激发荧光；
接收装置，包括荧光探测模块、激发光探测模块及分束器；其中：
所述分束器，用于将所述荧光沿第一方向出射以及将通过所述被检查体的激发光沿第二方向出射；
所述荧光探测模块，设于所述分束器的所述第一方向，用于接收所述荧光并将所述荧光转换成第一电信号；
所述激发光探测模块，设于所述分束器的所述第二方向，用于接收通过所述被检查体的激发光并将所述激发光转换成第二电信号；
处理单元，用于根据所述第一电信号以及所述第二电信号进行荧光重建。
2.根据权利要求1所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述激发光源以及接收装置与所述被检查体能够相对转动，以使所述处理单元生成荧光三维分布图像。
3.根据权利要求1所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述激发光源以及接收装置为固定设置，所述承载台能够转动以带动所述被检查体转动。
4.根据权利要求1所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述承载台为固定设置，所述激发光源以及接收装置能够以所述承载台为中心转动。
5.根据权利要求1所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述激发光源包括：
激光器，用于发射所述激发光；
激发光调节机构，用于将所述激光器出射的所述激发光分成多束激发光。
6.根据权利要求5所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述激发光调节机构包括：
分束镜，其光轴与所述激发光成预设角度，所述分束镜用于通过反射和投射将所述激发光分成两束；
反射镜，与所述分束镜平行设置，所述反射镜用于将通过所述分束镜的其中一束激发光反射，使其与另一束激发光平行。
7.根据权利要求5所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述激发光调节机构包括：
第一分束镜，其光轴与所述激发光成预设角度，所述第一分束镜用于通过反射和透射将所述激发光分成两束；
第二分束镜，与所述第一分束镜平行设置，所述第二分束镜用于将通过所述第一分束镜的其中一束激发光分成两束；
第一反射镜，与所述第一分束镜平行设置，所述第一反射镜用于将通过第二分束镜的其中一束激发光反射，使其与通过第二分束镜的另一束激发光以及通过所述第一分束镜的另一束激发光平行；
第三分束镜，与所述第一分束镜垂直或平行设置，所述第三分束镜用于将通过所述第一分束镜的另一束激发光分成两束；
第二反射镜，与所述第三分束镜平行设置，所述第二反射镜用于将通过所述第三分束镜的其中一束激发光反射，使其与通过所述第三分束镜的另一束激发光以及通过第二分束镜的另一束激发光平行。
8.根据权利要求5所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述激发光调节机构包括：
第一分束镜，其光轴与所述激发光成预设角度，所述第一分束镜用于将所述激发光分成两束；
第二分束镜，与所述第一分束镜平行设置，所述第二分束镜用于将通过所述第一分束镜的其中一束激发光分成两束；
第三分束镜，与所述第二分束镜平行设置，所述第三分束镜用于将通过所述第二分束镜的其中一束激发光分成两束；
第一反射镜，与所述第三分束镜平行设置，所述第一反射镜用于将通过第三分束镜的其中一束激发光反射，使其与另一束激发光平行；
所述第一分束镜、第二分束镜、第三分束镜以及第一反射镜在与所述激发光平行或垂直的两个方向上同轴设置，将所述激发光分成四束。
9.根据权利要求1所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述荧光探测模块包括：
激发光滤波片，用于滤除激发光；
第一成像单元，用于接收所述荧光并将所述荧光转换成电信号。
10.根据权利要求1所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述激发光探测模块包括：
荧光滤波片，用于滤除荧光；
第二成像单元，用于接收通过所述被检查体的激发光并将所述激发光转换成电信号。
11.根据权利要求1所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体体内的荧光三维分布图像包括：
根据得到所述被检查体体内的荧光的三维吸收系数分布，式中，A为投影矩阵，μf(r)为被检查体体内的荧光的三维吸收系数分布，yx为激发光探测模块接收的通过所述被检查体的激发光的强度，yf为荧光探测模块接收的荧光的强度。
12.一种荧光分子层析成像方法，应用于权利要求1～11任一项所述的荧光分子层析成像系统，其特征在于，所述荧光分子层析成像方法包括：
提供激发光；
控制所述承载台或所述激发光源以及接收装置按预设规则旋转及停留；
接收所述荧光并将所述荧光转换成第一电信号同时接收通过所述被检查体的激发光并将所述激发光转换成第二电信号；
根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体体内的荧光三维分布图像。
13.根据权利要求12所述的荧光分子层析成像方法，其特征在于，所述根据所述第一电信号以及所述第二电信号生成所述被检查体体内的荧光三维分布图像包括：
根据得到所述被检查体体内的荧光的三维吸收系数分布，式中，A为投影矩阵，μf(r)为被检查体体内的荧光的三维吸收系数分布，yx为激发光探测模块接收的通过所述被检查体的激发光的强度，yf为荧光探测模块接收的荧光的强度。
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