[发明专利]仿CT扫描模式多光谱时域荧光分子层析测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及小动物分子成像领域，尤其是面向小动物分子成像的时域荧光扩散层析系统和时间分辨光学层析系统，具体涉及仿CT扫描模式多光谱时域荧光分子层析测量系统。

背景技术

分子影像学是应用影像学方法对活体状态下的生物过程在细胞和分子水平进行的定性和定量的研究，是以体内特异性分子作为成像对比度的产生机制，通过影像在细胞或分子水平反映体内的生理和病理变化过程。分子影像学的优势可以主要概括为三点：其一，分子影像技术可将基因表达、生物信号传递等复杂的过程变成直观的图像，使人们能更好地在分子细胞水平上了解疾病的发生机制及特征；其二，能够发现疾病早期的分子细胞变异及病理改变过程；其三，可在活体上连续观察药物或基因治疗的机理和效果。分子影像技术作为一种在活体(in vivo)的探测方法，具有连续、快速、远距离、无损伤的优点，而更可能提供体内分子或细胞的三维图像。它可以揭示病变的早期分子生物学特征，推动了疾病的早期诊断和治疗，也为临床诊断引入了新的概念。

光学分子成像是重要的分子影像模态，兼有超灵敏度、高特异性、实时性和标记灵活性等多种优点，特别适合基于小动物病理模型的生物医学基础研究。。尤其近红外光谱技术(Near-Infrared Spectroscopy，NIRS)在生物组织在体成像应用上发展十分迅速。近红外光与生物组织的作用主要表现为散射和吸收，其中在600-900nm波段范围内具有明显的非相关吸收谱特征，形成了一个生物组织“光学诊断窗”，在此基础上建立的扩散光学层析技术(DiffuseOptical Tomography，DOT)可以获得组织体深部与病生理指标密切相关的光学参数三维定量信息。与此同时，随着光学分子影像学在生物学研究的不断深入应用，建立在DOT方法与特异性分子荧光标记技术相结合基础之上的光学分子层析技术则成为光学分子成像最前沿的研究领域，包括荧光层析(Fluorescence Molecular Tomography，FMT)和生物自发光层析(Bioluminescence Tomography，BLT)两种基本模态。FMT通过激发光和发射荧光两个波段上同时激发光-荧光测量和荧光扩散层析过程，产生反映组织体内部特异分子生化过程强度及其微环境特征的荧光参数的空间分布，包括发射率(荧光剂量子效率和吸收系数之积)和寿命等。根据激发方式的不同，FMT具有三种测量模式：时域(Time Domain，TD)、频域(FrequencyDomain，FD)和连续波(Continuous Wave，CW)，其中CW方式原理和实现上最为简单和直接，而FD和TD方式可望实现更高的功能和指标。对于FD方式虽然可以实现多参数同时重建，但是当应用该方式于小动物成像时，需要1GHz以上的调制频率来达到适当的信噪比，这么高的频率下交流幅值几乎为零，可见FD方式的局限性。因此具备多参数成像能力且性能优良的时域FMT技术获得了广泛的重视。时域FMT技术旨在发展高灵敏时间分辨检测技术，通过多“角度”激发下表面荧光瞬态“投影”的测量和基于精确光子迁移模型的图像反演算法，重建复杂组织体内部特定分子靶标多荧光参数(荧光产率和寿命)的空间分布，并通过时间分辨信息弥补空间采样数量的有限性以有效提高成像质量和检测灵敏度，实现FMT的应用要求。

时域FMT实现方案现有采用时间相关单光子计(Time-Correlated Single PhotonCounting，TCSPC)技术，是一种具有超高灵敏、合理时间分辨率的离散通道测量技术；还有采用时间选通影像增强CCD相机(Time-gated Intensifier CCD camera)，是一种具有高空间采样率的测量技术，但其线性度和动态范围不高，且相较TCSPC技术在灵敏度和时间分辨率上也无优势。

发明内容

为克服现有技术的不足，弥补现有技术在空间采样密度上的缺陷，使系统兼具有超灵敏度和高时空分辨测量性能，继而实现高质量的多组分、多参数成像功能。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：仿CT扫描模式多光谱时域荧光分子层析测量系统系统，包括：

提供所需波长超短激光的两个皮秒半导体激光器及荧光探针，用于发出激光脉冲，其中一个激光器的波长在荧光探针的激发光波段，另一个波长在荧光探针的荧光波段；

用于将两种不同波长的同频率超短激光脉冲按固定的时间间隔耦合成一束激光的光纤耦合器；

用于将两个皮秒半导体激光器或其中一个的出射激光投射到目标体的入射光纤；

用于实现仿CT扫描模式的成像腔及旋转平台；