一種基于emccd旋轉的熒光斷層成像系統及方法
【專利摘要】本發明涉及醫學影像技術領域，具體涉及一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，通過在單平面內的移動來獲取多個角度多個位置的熒光散射光學斷層成像，實驗操作簡單，器材造價低，在較短的時間內可以獲取更多的有用成像信息，并大幅度提高了所成實驗圖像的質量；本發明的實驗機械結構很好的彌補了單角度系統采集信息量少，多角度系統結構復雜和操作不便利等問題。
【專利說明】
一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統及方法
技術領域
[0001]本發明涉及醫學影像技術領域，具體涉及一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統及方法。
【背景技術】
[0002]熒光擴散光學斷層成像方法(FDOT)是DOT技術的直接延伸與發展，與傳統的成像方法相比，系統結構簡單，成本低，無電離輻射危害。它具有DOT在三維測量以及成像深度上的優勢，同時又發揮熒光劑對癌變組織的高靈敏和特異性優勢。在分子成像領域有著重要的作用。
[0003]FDOT在用于小動物活體實驗時，采用熒光劑一吲哚菁綠(ICG)對腫瘤細胞進行標記，熒光劑會附著于在腫瘤細胞上，在正常組織部分會隨血液循環清除，從而提高了腫瘤區域與正常區域的熒光對比度，通過重建最終能分辨出腫瘤組織。FDOT應用于小動物成像中，可以準確定位病變部位，為rooT重建提供較好的位置信息，減少了重建問題中需要的數據量，降低了問題的病態性提高了重建圖像質量。這套系統的實現，可以準確地提供關于腫瘤組織的位置信息。
[0004]熒光散射光學斷層成像目前存在的最大問題是在單平面內掃描多個位置圖像或旋轉獲得多個位置成像，成像耗時長，成像質量不高，實驗器材造價高等問題，而且其成像依賴于腫瘤組織與正常組織的內源性光學對比，測量數據遠小于待重建的參數數據量，因此重建本身是一個欠定性病態問題。單角度rooT系統由于其只能采集到單個角度的成像信息，導致成像質量不高。現有的多角度FDOT系統結構復雜造價成本高，實驗操作復雜。
【發明內容】
[0005]為克服上述缺陷，本發明的目的即在于提供一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統及方法。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0007]本發明是一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，包括:弧形導軌，所述弧形導軌上接有直線導軌，所述直線導軌的兩末端分別與弧形導軌相接，所述直線導軌上設置有載物臺，所述載物臺用于放置待測物品;所述弧形導軌與直線導軌連接處設置有支架，所述支架上設有EMCCD相機，所述EMCCD相機朝向載物臺，所述載物臺和EMCCD相機之間設置有濾光片;該系統還包括激光源，所述激光源設置在EMCCD相機、濾光片和待測物品所在的光路上。
[0008]進一步，還包括位移臺，所述激光源活動設置在所述位移臺上。
[0009]更進一步的，所述濾光片有多個，所述濾光片可旋轉的設置在濾光簇上，所述濾光簇與所述支架固定連接。
[0010]作為一種改進，還包括控制模塊，所述控制模塊分別與位移臺、濾光簇、支架和EMCCD相機連接，用于對上述組件進行位置控制，以及數據采集和分析。
[0011]作為進一步改進，所述位移臺驅動激光源在固定垂直平面內按照橫縱坐標N*N點陣移動。
[0012]一種基于EMC⑶旋轉的熒光斷層成像方法，包括以下步驟:
[0013]配置各項參數；
[0014]開啟EMCCD相機，將待測物品放置載物臺，調節濾光片和激光源，確保都處在同一光路上，調節好后，打開激光源開始采集激光圖像；
[0015]采集激光圖像，將濾光簇轉至無濾光片，EMCCD相機前后或沿導軌移動采集激光圖像。
[0016]進一步的，所述配置系統的各項參數步驟具體包括:調節EMCCD相機位置，使EMCCD相機距載物臺距離達到預設值，將載物臺與激光源位置調節為預設距離，使濾光片位于載物臺上方，選擇預定波長濾光片，設置激光源的波長和頻率。
[0017]更進一步的，所述采集激光圖像還包括:控制位移臺驅動激光源按照N*N點陣移動，每移動一個位置通過控制EMCCD相機前后或沿導軌移動采集激光圖像。
[0018]作為一種改進，當激光源沿原所在光路按N*N點陣運動采集激光圖像完畢后，將激光源返回到原點，選擇預定長濾光片，以激光源所在光路順時針或逆時針轉動45度，并沿所在光路按N * N點陣運動，用EMCCD相機像各采集一次激光圖像。
[0019]具體的，所述預定波長濾光片為820nm以上波長濾光片;所述激光源波長為788nm、頻率為0.25Hz，所述N*N點陣具體為5女5點陣，所述點陣之間距離為2mm，所述EMCXD相機距載物臺距離為40cm，所述載物臺距激光源位置為5cm。
[0020]本發明的一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，通過在單平面內的移動來獲取多個角度多個位置的熒光散射光學斷層成像，實驗操作簡單，器材造價低，在較短的時間內可以獲取更多的有用成像信息，并大幅度提高了所成實驗圖像的質量;本發明的實驗機械結構很好的彌補了單角度系統采集信息量少，多角度系統結構復雜和操作不便利等問題。
【附圖說明】
[0021]為了易于說明，本發明由下述的較佳實施例及附圖作詳細描述。
[0022]圖1為本發明一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統的一個角度的整體結構示意圖；
[0023]圖2為本發明一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統的另一個角度的整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0025]目前Π)0Τ系統中，成像依賴于腫瘤組織與正常組織之間的內源性光學對比，重建是一個嚴重的欠定性病態問題，會造成圖像重建后空間分辨率的退化和量化度的降低，影響了該技術在臨床上的應用。
[0026]針對這些缺點，本發明主要采用了以下方法進行彌補:1.與CT成像模式結合，以便rooT所提供的圖像可以與CT圖像進行比較和處理，獲得可靠的“先驗”信息，來約束重建范圍，并借助于CT圖像所提供的空間結構更直觀準確地呈現出來。2.增加測量的數據量，進行多個波長的測量，提高重建的分辨率和量化度。3.本發明設計的實驗機械結構很好的彌補了單角度系統采集信息量少，多角度系統結構復雜和操作不便利等問題。
[0027]本發明的目的具體通過以下技術方案來實現:請參閱圖1至圖2，一種基于EMC⑶旋轉的熒光斷層成像系統，包括:弧形導軌6，所述弧形導軌6上接有直線導軌5，所述直線導軌5的兩末端分別與弧形導軌6相接，所述直線導軌5上設置有載物臺2，所述載物臺2用于放置待測物品;所述弧形導軌6與直線導軌5連接處設置有支架，所述支架上設有EMCCD相機4，所述EMCCD相機4朝向載物臺2，所述載物臺2和EMCCD相機4之間設置有濾光片3;該系統還包括激光源I，所述激光源I設置在EMCCD相機4、濾光片3和待測物品所在的光路上。
[0028]進一步，還包括位移臺7，所述激光源I活動設置在所述位移臺7上。
[0029]更進一步的，所述濾光片3有多個，所述濾光片3可旋轉的設置在濾光簇上，所述濾光簇與所述支架固定連接。
[0030]作為一種改進，還包括控制模塊，所述控制模塊分別與位移臺7、濾光簇、支架和EMCCD相機4連接，用于對上述組件進行位置控制，以及數據采集和分析。
[0031]作為進一步改進，所述位移臺7驅動激光源I在固定垂直平面內按照橫縱坐標N*N點陣移動。
[0032]一種基于EMC⑶旋轉的熒光斷層成像方法，包括以下步驟:
[0033]配置各項參數；
[0034]開啟EMCCD相機4，將待測物品放置載物臺2，調節濾光片3和激光源I，確保都處在同一光路上，調節好后，打開激光源I開始采集激光圖像；
[0035]采集激光圖像，將濾光簇轉至無濾光片3，EMCCD相機4前后或沿導軌移動采集激光圖像。
[0036]進一步的，所述配置系統的各項參數步驟具體包括:調節EMCCD相機4位置，使EMCCD相機4距載物臺2距離達到預設值，將載物臺2與激光源I位置調節為預設距離，使濾光片3位于載物臺2上方，選擇預定波長濾光片3，設置激光源I的波長和頻率。
[0037]更進一步的，所述采集激光圖像還包括:控制位移臺7驅動激光源I按照N*N點陣移動，每移動一個位置通過控制EMCCD相機4前后或沿導軌移動采集激光圖像。
[0038]作為一種改進，當激光源I沿原所在光路按N*N點陣運動采集激光圖像完畢后，將激光源I返回到原點，選擇預定長濾光片3，以激光源I所在光路順時針或逆時針轉動45度，并沿所在光路按N * N點陣運動，用EMCCD相機4像各采集一次激光圖像。
[0039]具體的，所述預定波長濾光片3為820nm以上波長濾光片3;所述激光源波長為788nm、頻率為0.25Hz，所述N女N點陣具體為5 * 5點陣，所述點陣之間距離為2mm，所述EMCXD相機4距載物臺2距離為40cm，所述載物臺2距激光源I位置為5cm。通過將小動物或體模作為待測物品，采集激光照射的體模圖像或小動物和通過濾波片濾掉激光后的體模圖像和小動物圖像，共采集300幅圖像。
[0040]本發明的一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，通過在單平面內的移動來獲取多個角度多個位置的熒光散射光學斷層成像，實驗操作簡單，器材造價低，在較短的時間內可以獲取更多的有用成像信息，并大幅度提高了所成實驗圖像的質量;本發明的實驗機械結構很好的彌補了單角度系統采集信息量少，多角度系統結構復雜和操作不便利等問題。
[0041 ]本發明的一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，能有效的改善重建問題的病態特性，而且可以更準確地提供關于腫瘤組織的定位、定性和定量信息，將Π)0Τ技術與CT技術相結合，大大減少了重建問題中所需要的參數數據量，在熒光重建信號強度和重建體積等指標上，成像精準度相較于其他常規FDOT系統提高了三至五倍，系統本身結構簡單，器材造價低，實驗操作相比于其他成像技術以及現有的多角度FDOT系統簡單。
[0042]整個實驗方法的流程如下:
[0043](I)配置系統的各項參數:調節各裝置位置EMCCD距載物臺距離為40cm，載物臺距激光源位置為5cm，820nm以上濾光片位于載物臺上方5cm，選擇激光源波長為788nm和頻率
0.25Hzo
[0044](2)開啟EMCCD相機，放置體模或者小動物，調節載物臺濾光片和激光源，通過計算機EMCCD軟件觀察確保都處在同一光路上，調節好后，可以關燈打開激光源開始實驗。
[0045](3)采集激光圖像，將濾光簇轉至無濾光片，控制位移臺按照5 *5點陣移動，次數為橫縱坐標各移動4次，每移動一個位置通過控制EMCCD相機前后或沿導軌移動采集圖像，以激光源所在光路以及順逆時針轉動45度各采集一次圖像；當激光源沿5 * 5點陣運動完畢后，將激光源返回到原點，將濾光簇轉至820nm以上濾光片，控制位移臺按照5女5點陣移動，用EMCCD相機像上述方式采集三張圖像。以上過程也可以通過編程控制達到自動的實驗過程。
[0046]本發明的一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，提供了一種將高對比度的rooT與提供的空間結構CT圖像技術相融合，達到在Π)0Τ中熒光產率和熒光壽命同時重建，并提取出腫瘤區域目標，為下一步吸收系數和散射系數重建提供精確位置信息的一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統及方法。
[0047]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，其特征在于，包括:弧形導軌，所述弧形導軌上接有直線導軌，所述直線導軌的兩末端分別與弧形導軌相接，所述直線導軌上設置有載物臺，所述載物臺用于放置待測物品;所述弧形導軌與直線導軌連接處設置有支架，所述支架上設有EMCCD相機，所述EMCCD相機朝向載物臺，所述載物臺和EMCCD相機之間設置有濾光片;該系統還包括激光源，所述激光源設置在EMCCD相機、濾光片和待測物品所在的光路上。2.如權利要求1所述的基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，其特征在于，還包括位移臺，所述激光源活動設置在所述位移臺上。3.如權利要求2所述的基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，其特征在于，所述濾光片有多個，所述濾光片可旋轉的設置在濾光簇上，所述濾光簇與所述支架固定連接。4.如權利要求3所述的基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，其特征在于，還包括控制模塊，所述控制模塊分別與位移臺、濾光簇、支架和EMCCD相機連接，用于對上述組件進行位置控制，以及數據采集和分析。5.如權利要求4所述的基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像系統，其特征在于，所述位移臺驅動激光源在固定垂直平面內按照橫縱坐標N女N點陣移動。6.一種基于EMCCD旋轉的熒光斷層成像方法，其特征在于，包括以下步驟: 配置各項參數； 開啟EMCCD相機，將待測物品放置載物臺，調節濾光片和激光源，確保都處在同一光路上，調節好后，打開激光源開始采集激光圖像； 采集激光圖像，將濾光簇轉至無濾光片，EMCCD相機前后或沿導軌移動采集激光圖像。7.如權利要求6所述的EMCCD旋轉的熒光斷層成像方法，其特征在于，所述配置系統的各項參數步驟具體包括:調節EMCCD相機位置，使EMCCD相機距載物臺距離達到預設值，將載物臺與激光源位置調節為預設距離，使濾光片位于載物臺上方，選擇預定波長濾光片，設置激光源的波長和頻率。8.如權利要求7所述的EMCCD旋轉的熒光斷層成像方法，其特征在于，所述采集激光圖像還包括:控制位移臺驅動激光源按照N女N點陣移動，每移動一個位置通過控制EMCCD相機前后或沿導軌移動采集激光圖像。9.如權利要求8所述的EMCCD旋轉的熒光斷層成像方法，其特征在于，當激光源沿原所在光路按N*N點陣運動采集激光圖像完畢后，將激光源返回到原點，選擇預定長濾光片，以激光源所在光路順時針或逆時針轉動45度，并沿所在光路按N * N點陣運動，用EMCCD相機像各采集一次激光圖像。10.如權利要求9所述的EMCCD旋轉的熒光斷層成像方法，其特征在于，所述預定波長濾光片為820nm以上波長濾光片;所述激光源波長為788nm、頻率為0.25Hz，所述N* N點陣具體為5 *5點陣，所述點陣之間距離為2mm，所述EMCXD相機距載物臺距離為40cm，所述載物臺距激光源位置為5cm。
【文檔編號】A61B5/00GK105997005SQ201610451634
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】陳昳麗, 符吉祥, 李栓, 劉云, 儲大為, 江帆, 謝耀欽, 王磊
【申請人】中國科學院深圳先進技術研究院