[发明专利]用于散射介质中改进的扩散发光成像或者断层照相的系统和方法

说明书

技术领域

本发明主要地涉及吸收和散射介质的光致发光（photoluminescence）成像或者光致发光断层照相领域，特别地，涉及用于此类成像的方法和系统。

背景技术

对于光致发光成像（简称为发光成像）或者光致发光断层照相（简称为发光断层照相）而言令人感兴趣的散射介质的例子为生物组织。组织光学是致力于研究光与此类组织交互的领域。最近十年，该领域迅速增长。随着对光-组织交互的了解与日俱增，受益于来自基础研究的成果，也出现了对将应用组织光学作为诊断工具应用的兴趣。

组织光学中的为本公开部分地涉及的领域是包括光致发光断层照相的如下光致发光成像，该光致发光成像是用于人类或者动物活体内成像的非入侵方式。这些成像方式是基于发光的并且需要用于激励发光生物标记物的外部光源。

光致发光是物质吸收光子并且然后重新辐射光子的过程。具体光致发光形式是荧光，其中通常发射的光子的能量低于用于照射的光子。因此在荧光中，关于照射光的波长，荧光波长被Stokes频移至更长的波长。

荧光成像已知并且可以例如用来研究在一段时间内来自小动物中药物的生物响应而无需牺牲它们。

Shimomura、Chalfie和Tsien由于发现和开发已经变成很重要的荧光标记物的绿色荧光蛋白质而于2008年荣获诺贝尔奖。

然而迄今为止，用于吸收和散射介质中的扩散发光成像或者断层照相的荧光分子成像和断层照相系统遭受多个缺点。它们例如具有使基于成像结果的诊断任务困难的低分辨率或者对比度。

先前技术的进一步的问题是量子产率低、成像深度浅、数据采集时间长、以及热副作用。

因此，存在对一种尤其允许通过改进前述缺陷来增加有效性的改进型扩散发光成像或者发光断层照相系统和方法。

发明内容

因而，本发明的实施例优选地寻求通过提供根据所附专利权利要求的系统、方法和用途来个别或者在任何组合中减轻、缓解或者消除本领域中的诸如上述一个或者多个缺陷、劣势或者问题。

根据本发明的第一方面，提供一种通过扩散发光分子成像对散射介质中的区域成像的方法。该区域包括在标记物位置处布置于散射介质中的至少一个发光标记物，其中发光标记物为非线性发光标记物。该方法包括：由一个或者多个光源从至少一个光源位置向激励体积（excitation volume）中发射的激励光来激励发光标记物；检测器在发光光检测位置处检测由于激励光而来自发光标记物的发光，其中激励光包括脉冲的激励光。

根据本发明的第二方面，提供一种用于散射介质中感兴趣区域的扩散发光分子成像的系统。该系统包括用于在散射介质的发光分子成像中使用的发光标记物，其中发光标记物是布置于散射介质中的非线性发光标记物。该系统包括：一个或者多个光源，由至少一个光源位置定位用于通过由一个或者多个光源向激励体积中发射的激励光来激励发光标记物。该系统包括在发光光检测位置处检测由于激励光而来自发光标记物的发光的检测器，其中激励光包括脉冲的激励光。

在实施例中，发光标记物包含于被配置成对照射波长的传入光上转换（upconvert）的一组非线性发光标记物中，这当用所述传入光照射所述发光标记物时在比所述照射波长短的发光波长处出现发光。

发光标记物在某些实施例中是生物发光标记物。

根据本发明的另一方面，提供本发明第二方面的系统的以下用途：用于片剂的发光成像或者断层照相、和/或用于扩散光学成像、和/或光力学治疗、和/或深部组织中的生物分子的远程激活、和/或单次激发（single-shot）深部组织成像、和/或用于小动物的活体内或活体外发光成像或发光断层照相、和/或通过所述发光成像或者发光断层照相的功能诊断（诸如癌症诊断）、和/或使用所述非线性发光标记物作为探针的包括受激发射损耗（STED）或单分子检测的超高分辨率显微镜术。

在一个实施例中，非线性标记物附着到用于另一成像模态（modality）的成像造影剂（imaging contrast agent）。例如非线性标记物附着到用于用诸如磁共振成像（MRI）、X射线等常规成像模态进行成像的造影剂。在一个具体实施例中，非线性标记物附着到具有顺磁（paramagnetic）性质的有机钆络合物（gadolinium complex）或者钆化合物。

在从属权利要求中限定本发明的其他实施例，其中用于本发明第二和后续方面的特征在必要的修改下同样用于第一方面。

一些实施例提供增加的发射强度。