[实用新型]一种基于内源光信号的3D成像系统

说明书

本实用新型公开了一种基于内源光信号的3D成像系统，包括标本固定平台，设置在标本固定平台上的操作台，设置在标本固定平台上的光源设备和3D摄像设备，与3D摄像设备信号连接的图像处理设备，以及与图像处理设备连接的显示设备；3D摄像设备包括至少两个摄像头，每个摄像头包括图像采集装置和图像传感器，图像采集装置用于采集所述内部立体结构的内源光信号，图像处理设备用于接收图像传感器的电信号，并将至少两路电信号合成立体结构图像。本实用新型提供的基于内源光信号的3D成像系统，能够构建立体结构的图像，极大地提高对生物组织内部立体结构研究。

技术领域

本实用新型涉及成像设备技术领域，尤其涉及一种基于内源光信号的3D成像系统。

背景技术

1986年，Grinvald等人首次报道了根据生理性的内源信号(intrinsic signals,指由生物内部组织活动引起的有关物质成分、运动状态的改变而导致的光学特性的变化)对皮层活动进行定位的方法，即OIS(optical imaging of intrinsic signals，内光源成像系统，生物内部组织在与某些特定波长的光量子相互作用后，通过成像仪器探测包含这些特性的光信号的某一时间间隔内的空间分布，也就是内源信号光学成像)。随后的几年里，这种技术逐步发展完善，并成功地用于动物视觉皮层功能构筑的研究。此外，听觉，体感等研究领域也先后使用了该技术并取得很大的进展。由于OIS无须引进有毒性的示踪物，因此不但可以用来对动物脑功能的发育变化做长期的记录，而且也可以在神经外科手术时使用该技术进行人脑的功能研究。这为研究脑的高级认知功能提供了强有力的工具。与fMRI(功能磁共振成像)、PET(正电子发射断层成像)等成像方法比较，基于内源信号的光学脑成像技术的信号主要是来自皮层局部氧消耗所造成的血红蛋白氧化水平的变化。与神经元活动引起的血流和血量的变化相比，局部血红蛋白氧化水平的变化能够更准确地对神经元的局部活动作空间定位，因此基于内源信号的光学脑成像技术的空间分辨率能够达到100μm，远远比fMRI和PET的空间分辨率(2000－4000μm)高。

在利用内源光信号成像系统对脑神经进行研究时，内源光信号成像系统OIS能够实时跟踪神经元局部的神经信号活动，在对该神经信号的空间定位研究中显示出强大的优势，目前已经广泛应用在脑的病理状态的研究中，包括CSD(chronic subjectivedizziness,慢性主观性头晕)、癫痫、脑缺血和脑缺氧疾病等。应用范围包括立体组织如视网膜扩散性抑制现象和活体动物的脑皮层研究。例如，早在1996年，Yoon等人首次在活体鼠脑皮层使用660nm OIS研究皮层信号的扩散性抑制。1999年复旦大学生命科学学院脑科学研究中心、中国科技大学、中国科学院生物物理研究所的进一步进行开发和应用基础研究。目前，以华中科技大学李鹏程教授研究组为代表，研究OIS信号与生物标本病理学机制相关性研究和进一步构建OIS的数据分析方法。上海交通大学童善保教授等将OIS和脑血流成像进行研究，拓宽了OIS在神经外科手术术中的应用价值。

随着对神经系统功能性疾病的研究逐步深入，OIS技术得到了较大的发展，目前，学术界已经充分认识到，OIS能够提供更有价值的神经功能活动数据，这是传统影像学仅能够重构基本的神经解剖学结构而不能实时对大脑或某一特定神经结构的信号传导功能进行显示的重要补充。但长期以来，OIS研究的临床转化并未迈出实质性的脚步。一方面，OIS的研究领域现阶段仍以动物实验为主，另一方面，目前研究热点为进一步对OIS信号与特定疾病或生理现象的内在关联研究。因为上述研究的标本多为局部标本/单支神经的构筑，采用固定的平面标本或切片标本，并不涉及研究对象的立体结构。

但要将OIS推广到实践中应用，尤其是神经外科手术、神经网络构建、功能神经外科研究中的缺点也显而易见，因为传统的单一摄像头能所捕捉到目标信息是研究对象内源光信号经重叠后的投射图，所获得的结果某一范围内的内源性光信息的总体分布，结果仅能表现为平面图。这一要求尚能够满足传统研究目标，但不能反映出神经系统三维立体结构的光信息，无法对研究对象空间构造中内源性光信号的结构分布进行进一步开发与研究。