CN111990966A - 动物实验用混合成像系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于动物的光诊断及光治疗的动物实验用混合成像系统及方法，更详细地，涉及一种如下的动物实验用混合成像系统及方法，其具有用于放置进行光诊断及光治疗的动物的工作台，并且通过同时照射具有两个以上不同波长的红外线，进行基于两个以上波长的两个以上的复合治疗。

Description

动物实验用混合成像系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于动物的光诊断及光治疗的动物实验用混合成像系统及方法，更详细地，涉及一种如下的动物实验用混合成像系统及方法，其具有用于放置进行光诊断及光治疗的动物的工作台，并且通过同时照射具有两个以上不同波长的红外线，进行基于两个以上波长的两个以上的复合治疗。
背景技术
近年来，以精确癌诊断及治疗为目的的、利用多种光学方法的诊断及治疗方法在被研发。对于肿瘤组织的光诊断相对于现有的通过血液检测、组织活检等的癌诊断，能够对肿瘤组织进行精切的实时成像，并且，光治疗相对于现有的手术、化学治疗、放射线治疗、免疫治疗及遗传基因治疗具有可实现精确的微创手术的优点。
在利用多种光学方法的技术中，在癌诊断领域，利用近红外线荧光信号对肿瘤组织进行精确定位的技术证实了诊断的有效性，并且，适用于临床的研究正积极地进行中。此外，对于癌治疗而言，据报道光动能治疗(Photodynamic therapy，PDT)光治疗技术是有效的，其中，该光动能治疗光治疗技术通过将光敏剂(Photosensitizer)施用于肿瘤组织部位并照射特定波长的光，诱导散热或活性氧的产生，从而使肿瘤组织坏死。
然而，受到可视光线图像与近红外线图像及远红外线图像相互失真的影响，无法同时进行上述光诊断技术和光治疗技术。
基于这种问题，韩国授权专利第10-1903423号【用于光诊断及光治疗的混合成像系统】(以下称为“现有技术”)中公开了一种混合成像系统，其通过光学方法同时获取可视光图像或者近红外线图像和远红外线图像，从而能够同时进行光诊断及光治疗。
然而，为了对这种癌等肿瘤组织进行光治疗及光诊断，以动物为对象的实验尤为重要，且需要持续进行。
但是，当对象是动物时，难以控制其运动，因此通过现有技术中的混合成像系统难以进行动物实验。
此外，现有技术仅适用于使用一个激光波长的PDT光治疗技术，而为了进行利用不同激光波长的光治疗，需要装配额外的装置。
此外，在现有技术中，为了实现聚焦，需要手动调节焦点，并且为了向受治疗者、实验用动物等的治疗位置照射激光，需要手动地对激光照射器的位置进行一一调节，或者需要手动地将受治疗者及实验用动物一一调节至激光照射的位置。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)韩国授权专利第10-1903423号(2018.10.04公告)
发明内容
发明所要解决的问题
因此，本发明的目的在于，提供一种动物实验用混合成像系统及方法，其具有用于放置进行光诊断及光治疗的动物的工作台，并且通过同时照射具有两个以上不同波长的红外线，进行基于两个以上波长的两个以上的复合治疗。
用于解决问题的方案
为了实现如上目，根据本发明的动物实验用混合成像系统包括：工作台，用于将实验用动物放置在上述工作台的中心部，使得上述实验用动物无法运动；光源部，用于具有预设定的不同波长的两个以上的近红外线照射于放置在上述工作台的动物的任意的身体部位；光分配部，用于分配从上述光源部照射到上述动物的近红外线发生反射的近红外线以及反映被照射上述近红外线的上述动物的身体部位产生的热的光热信号；荧光成像相机，用于对上述光分配部分配的近红外线进行拍摄并输出近红外线荧光图像；光热信号测量相机，用于对上述光分配部分配的光热信号进行拍摄并输出光热信号图像；以及控制模块，其控制上述光源部照射具有不同波长的两个以上的近红外线中的任意一个以上，由此，对从上述荧光成像相机输入的近红外线荧光图像以及光热信号测量相机输入的光热信号图像进行处理并输出。
上述系统还包括工作台移动部，其用于前后左右移动上述工作台，并且，上述控制模块控制上述工作台移动部，使得放置在上述工作台上的上述动物的上述身体部位照射到近红外线。
上述移动部包括：前后移动部，前后移动上述工作台；以及左右移动部，通过左右移动上述前后移动部，从而使上述工作台左右移动。
上述荧光成像相机包括：透镜，对通过上述光分配部入射的近红外线进行聚焦；滤镜，对通过上述透镜聚焦的近红外线以外的信号进行过滤，从而仅输出近红外线；以及相机部，基于通过上述滤镜入射的近红外线，生成近红外线荧光图像并输出。
上述荧光成像相机还包括相机移动部，其通过上下移动上述相机部以调节上述相机部与固定的上述滤镜和上述透镜的距离，从而调节焦点，并且，上述控制模块控制上述相机移动部进行基于上述相机部的移动的焦点控制。
上述光源部包括：第一光源，其生成并照射660nm波长的第一近红外线；以及第二光源，其生成并照射808nm波长的第二近红外线，并且，上述控制模块接收对光动能治疗(PDT)和光热治疗(PTT)中的任意一个以上，并根据所选择的光动能治疗和光热治疗中的一个以上，驱动上述第一光源和第二光源中的任意一个以上。
为了实现如上目的，根据本发明的动物实验用混合成像方法包括：光治疗事件检测过程，控制模块检测是否发生光治疗事件；治疗模式选择过程，当发生光治疗事件时，上述控制模块接收对光动能治疗(PDT)和光热治疗(PTT)中的任意一个以上，并设定治疗模式；治疗过程，上述控制模块向放置在工作台的实验用动物的治疗身体部位照射根据所选择的治疗模式的第一近红外线和第二近红外线中的任意一个以上，从而进行治疗；以及治疗检测过程，当开始基于近红外线照射的治疗时，上述控制模块通过荧光成像相机获取基于上述第一近红外线和第二近红外线中的任意一个以上；以及基于上述第一近红外线和第二近红外线中的任意一个以上照射上述动物的身体部位时产生的热的光热信号图像，并对治疗过程进行监控。
上述方法还包括：治疗位置调节过程，上述控制模块控制工作台移动部，使放置有实验用动物的工作台上下左右移动，从而调节被照射近红外线的上述动物的身体部位。
上述方法还包括：焦点调节过程，上述控制模块控制相机移动部，调节荧光成像相机的相机部与透镜之间的距离，从而调节焦点。
发明效果
本发明具有能够放置并固定实验用动物的工作台，因此，可将能够固定实验用动物的固定单元设置在工作台，从而使动物的运动最小化。
此外，本发明可以前后左右移动工作台，因此，可向难以控制的动物的身体部位进行准确而容易的激光照射。
此外，本发明可以调节相机和透镜之间的距离，从而易于调节焦点。
此外，本发明可照射两个以上不同波长的激光，从而能够进行利用不同波长激光的多种光治疗和光诊断。
附图说明
图1是示出根据本发明的动物实验用混合成像系统的结构的图。
图2是用于说明根据本发明一实施例的动物实验用混合成像系统的工作台的运动结构的图。
图3是示出根据本发明的动物实验用混合成像系统的控制模块的详细结构的图。
图4是示出根据本发明的动物实验用混合成像方法的流程图。
附图标记说明：
10：工作台 20：工作台移动部
21：左右移动部 22：前后移动部
30：光源部 31：第一光源
32：第二光源 40：光分配部
50：光热信号测量相机 60：荧光成像相机
61：相机部 62：滤镜
63：透镜 70：相机移动部
100：控制模块
具体实施方式
以下参照附图，详细说明根据本发明的动物实验用混合成像系统的结构和动作，并且说明上述系统的混合成像方法。
图1是示出根据本发明的动物实验用混合成像系统的结构的图，图2是用于说明根据本发明一实施例的动物实验用混合成像系统的工作台的运动结构的图。
参照图1和图2，根据本发明的动物实验用混合成像系统包括：工作台10、光源部30、光分配部40、光热信号测量相机50、荧光成像相机60以及控制模块100，并且根据实施例，还可以包括工作台移动部20和相机移动部70。
工作台10用于放置实验用动物1，虽然图中未图示，但工作台10具有使动物无法运动的动物固定单元。动物固定单元作为公知的技术，能够以多种方式提供动物固定单元，因此不进行示出。
工作台10应设置在从光源部30照射的光源能够照射的范围以内。
根据实施例的工作台移动部20设置在工作台10的下部，并在控制模块100的控制下，前后左右移动工作台10。由于可以前后左右移动工作台10，因此能够调节从光源部30射出的光源照射的动物1的身体部位，而无需调节光源部30。
根据本发明的一实施例，如图2中所示，工作台移动部20可以包括：前后移动部22，用于前后移动上述工作台10；以及左右移动部21，通过左右移动上述前后移动部22，从而使上述工作台10左右移动。
根据本发明，光源部30包括：第一光源31，其向放置在工作台10上的动物1照射第一光；以及第二光源32，其向动物1照射第二光。
上述第一光源31照射的光的波长和上述第二光源32照射的光的波长不同，根据实施例，优选地，上述第一光源31射出的第一光为660nm的近红外线，上述第二光源32射出的第二光为808nm的近红外线。虽然图1中示出了上述光源部30包括两个光源的情况，但是，也可以包括射出具有不同波长的三个以上的光的三个以上的光源。
光分配部40接收从上述光源部30照射到上述动物1的近红外线发生反射的近红外线以及被照射上述近红外线的上述动物1的身体部位产生的热的光热信号，其中，光分配部40使上述近红外线透射并输入到荧光成像相机60，并且使上述光热信号折射并向光热信号测量相机50射出。
光热信号测量相机(热成像相机(Thermal Imaging Camera))50对上述光分配部40分配的光热信号进行拍摄，并生成光热信号图像后输出至控制模块100。
荧光成像相机(近红外成像相机(Near-infrared(NIR)Imaging Camera))60对上述光分配部40分配的(即透射的)近红外线进行拍摄，并将近红外线荧光图像输出至控制模块100。
荧光成像相机60包括：相机部61、滤镜62以及透镜63，并且根据实施例，还可以包括：相机移动部70，其在控制模块100的控制下，上下移动上述相机部61，以调节固定的上述滤镜62及透镜63与上述相机部61的距离。荧光成像相机60可通过控制模块100的控制调节相机部61与透镜63的距离，从而调节拍摄上述动物1的焦点。上述相机移动部70的移动方式可适用聚光器(condenser)方式、线性伺服致动器(Linear Servo Actuator)方式等。
控制模块100控制上述光源部30照射具有不同波长的两个以上的近红外线中的任意一个以上，并由此，对从上述荧光成像相机60输入的近红外线荧光图像以及从光热信号测量相机50输入的光热信号图像进行处理并显示。
以下参照图3对控制模块100的详细结构以及动作进行详细说明。
图3是示出根据本发明的动物实验用混合成像系统的控制模块的详细结构的图。
参照图3，控制模块100包括：存储部110、显示部120、输入部130、工作台移动驱动部140、近红外(NIR)移动驱动部150、光驱动部160以及控制部170。
存储部110包括：程序区域，其存储用于控制根据本发明的控制模块100的整体动作的控制程序；临时区域，其临时存储在执行上述控制程序的过程中产生的数据；以及数据区域，其半永久性地存储在执行上述控制程序的过程中产生的数据以及执行上述控制程序所需要的数据。上述数据区域可存储拍摄放置于上述工作台10上且处于治疗中的动物的光热信号图像及近红外线荧光图像等。
显示部120将根据控制模块100的动作的信息、通过动作产生的信息等以文本、图形、影像、视频等方式中的任意一个以上的方式进行显示。显示部120显示根据本发明的近红外线荧光图像、光热信号图像等。
输入部130包括操作单元、鼠标及触控板等中的任意一个以上，从而提供可供用户输入多种信息及指令的用户界面单元。其中，上述操作单元包括用于通过工作台移动部20移动工作台10并调节荧光成像相机60的焦点的按键、按钮、开关等中的任意一个以上；上述鼠标在显示部120显示光标，并通过移动光标改变显示部120上的坐标，对光标所在位置的对象产生选择、执行、删除等指令；上述触控板与上述显示部120的画面形成为一体，用于输出所触碰的画面上的位置相对应的位置信号。
工作台移动驱动部140包括：前后移动驱动部141，其在控制部170控制下，向工作台移动部20的前后移动部22输出驱动信号；以及左右移动驱动部142，其向工作台移动部20的左右移动部21输出驱动信号。
相机移动驱动部150向相机移动部70输出用于上下移动相机移动部70的驱动信号。
光驱动部160包括：第一光源驱动部161，其向第一光源31输出第一光源驱动信号；以及第二光源驱动部162，其向第二光源32输出第二光源驱动信号。
影像处理部170与荧光成像相机60和光热信号测量相机50相连接，将从上述荧光成像相机60输入的近红外线荧光图像和光热信号图像按照预设定的格式进行影像处理并输出。
控制部180对根据本发明的控制模块100的整体动作进行控制。
具体地，控制部180通过显示部120和输入部130向用户提供用户图形界面单元，并根据用户的操作指令控制上述工作台移动驱动部140，从而调节工作台10的位置，使得从光源部30射出的近红外线能够照射位于工作台10上的动物1的特定身体部位。
此外，控制部180控制相机移动驱动部150，从而通过相机移动部70调节焦点。
此外，控制部180将通过上述影像处理部170得到影像处理的近红外线荧光图像和光热信号图像显示到显示部120。
图4是示出根据本发明的动物实验用混合成像方法的流程图。
参照图4，控制部180检测否有发生光治疗事件(步骤S111)。上述光治疗事件可在用户通过输入部130输入光治疗指令的情况下发生，也可在将动物1放置在工作台10上的情况下发生。属于后者的情况下，工作台10上应设置有压力传感器，其用于感测动物1是否被放置。
当发生光治疗事件后，控制部180通过输入部130，根据用户的操作对工作台移动部20进行控制，使得工作台10前后左右移动，从而调节实验用动物1的治疗部位(步骤S113)。
当动物1的治疗部位被调节后，控制部180接收用户的操作对相机移动部70进行控制，从而调节荧光成像相机60的焦点(步骤S115)。
当焦点被调节后，控制部180接收对光动能治疗(PDT)和光热治疗(PTT)中的一个以上，并设定治疗模式(步骤S117)。
当治疗模式被设定后，控制部180控制光驱动部160，通过光源部30的第一光源31和第二光源32中的任意一个以上向动物1的治疗部位照射第一近红外线和第二近红外线中的任意一个以上，以开始治疗(步骤S119)。
当治疗开始后，控制部180通过影像处理部170接收从荧光成像相机60和光热信号测量相机50输出的近红外线荧光图像和光热信号图像，并显示在显示部120，从而对光治疗状态进行监控(步骤S121)。
另一方面，对于本领域的技术人员而言应当理解，本发明不仅限于上述典型的优选实施例，在不脱离本发明的主旨的前提下，可以以通过各种方式进行改进、改变、替换或添加的方式来实现。如果通过这样的改进、修改、替换或添加而实现的实施方式落入所附权利要求书的范围之内，则该技术思想也应被视为属于本发明。

Claims (9)

1.一种动物实验用混合成像系统，其特征在于，包括：
工作台，用于将实验用动物放置在所述工作台的中心部，使得所述实验用动物无法运动；
光源部，用于将具有预设定的不同波长的两个以上的近红外线照射于放置在所述工作台的动物的任意的身体部位；
光分配部，用于分配从所述光源部照射到所述动物的近红外线发生反射的近红外线以及反映被照射所述近红外线的所述动物的身体部位产生的热的光热信号；
荧光成像相机，用于对所述光分配部分配的近红外线进行拍摄并输出近红外线荧光图像；
光热信号测量相机，用于对所述光分配部分配的光热信号进行拍摄并输出光热信号图像；以及
控制模块，其控制所述光源部照射具有不同波长的两个以上的近红外线中的任意一个以上，由此，对从所述荧光成像相机输入的近红外线荧光图像以及从光热信号测量相机输入的光热信号图像进行处理并输出。
2.根据权利要求1中所述的动物实验用混合成像系统，其特征在于，还包括工作台移动部，其用于前后左右移动所述工作台，
并且，所述控制模块控制所述工作台移动部，使得放置在所述工作台上的所述动物的所述身体部位照射到近红外线。
3.根据权利要求2中所述的动物实验用混合成像系统，其特征在于，
所述移动部包括：
前后移动部，用于前后移动所述工作台；以及
左右移动部，通过左右移动所述前后移动部，从而使所述工作台左右移动。
4.根据权利要求1中所述的动物实验用混合成像系统，其特征在于，
所述荧光成像相机包括：
透镜，对通过所述光分配部入射的近红外线进行聚焦；
滤镜，对通过所述透镜聚焦的近红外线以外的信号进行过滤，从而仅输出近红外线；以及
相机部，基于通过所述滤镜入射的近红外线，生成近红外线荧光图像并输出。
5.根据权利要求4中所述的动物实验用混合成像系统，其特征在于，
所述荧光成像相机还包括：
相机移动部，其通过上下移动所述相机部以调节所述相机部与固定的所述滤镜和所述透镜的距离，从而调节焦点，
并且，所述控制模块控制所述相机移动部进行基于所述相机部的移动的焦点控制。
6.根据权利要求1中所述的动物实验用混合成像系统，其特征在于，
所述光源部包括：
第一光源，其生成并照射660nm波长的第一近红外线；以及
第二光源，其生成并照射808nm波长的第二近红外线，
并且，所述控制模块接收对光动能治疗和光热治疗中的任意一个以上，并根据所选择的光动能治疗和光热治疗中的一个以上，驱动所述第一光源和第二光源中的任意一个以上。
7.一种动物实验用混合成像方法，其特征在于，包括：
光治疗事件检测过程，控制模块检测是否发生光治疗事件；
治疗模式选择过程，当发生光治疗事件后，所述控制模块接收对光动能治疗和光热治疗中的任意一个以上，并设定治疗模式；
治疗过程，所述控制模块向放置在工作台的实验用动物的治疗身体部位照射根据所选择的治疗模式的第一近红外线和第二近红外线中的任意一个以上，从而进行治疗；以及
治疗监控过程，当基于近红外线照射的治疗开始后，所述控制模块通过荧光成像相机获取基于所述第一近红外线和第二近红外线中的任意一个以上的近红外线荧光图像；以及基于所述第一近红外线和第二近红外线中的任意一个以上照射所述动物的身体部位时产生的热的光热信号图像，并对治疗过程进行监控。
8.根据权利要求7中所述的动物实验用混合成像方法，其特征在于，还包括：
治疗位置调节过程，所述控制模块控制工作台移动部，使放置有实验用动物的工作台上下左右移动，从而调节被照射近红外线的所述动物的身体部位。
9.根据权利要求7中所述的动物实验用混合成像方法，其特征在于，还包括：
焦点调节过程，所述控制模块控制相机移动部，调节荧光成像相机的相机部与透镜之间的距离，从而调节焦点。
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