一种磁共振兼容的自发荧光断层分子影像设备

摘要

本发明公开了一种磁共振兼容的自发荧光断层分子影像设备，包括：光学影像设备，所述光学影像设备设有屏蔽壳及光学暗箱，所述光学暗箱内设有影像装置；一导轨，所述导轨两端分别位于现有医用磁共振设备与所述光学影像设备中，且所述导轨上设有承载小动物的承载台，且所述承载台能够在导轨上滑动。所述屏蔽壳隔绝所述磁共振设备与所述光学影像设备的相互干扰；所述承载台保证小动物无需悬挂，且在磁共振成像和光学成像时姿态不变。采用两面反射镜和旋转轮，使得所述光学影像设备在一个平面内可以采集到多角度，多光谱的自发荧光数据。基于该自发荧光数据，结合所述磁共振设备提供的结构数据，实现高精度三维成像。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁共振兼容的自发荧光断层分子影像设备，更具 体的说，涉及结合磁共振的多光谱，多角度自发荧光断层成像设备， 可以在细胞、基因和分子水平上实现生物体内部生理或病理过程的无 创实时动态在体成像。

背景技术

根据Weissleder所提出了分子影像的概念，一切能够在细胞和分 子水平在体对生物过程进行表征和测量的生物医学成像方法都属于 分子影像的范畴。目前常见的分子影像模态主要包括核素成像，如正 电子发射断层成像、单光子发射计算机断层成像、磁共振成像，光学 成像、超声成像等。每一种模态的成像技术都有各自的优缺点，而各 模态之间的差异主要体现在时间或空间分辨率、穿透深度、成像代价、 灵敏度以及对成像对象的危害等方面。其中，与其它在体成像技术相 比，光学分子影像具有操作简便、测量快速、结果直观、无辐射、高 灵敏度及设备成本较低等许多独特的优点，已发展成为一种理想的活 体小动物成像方法，并在生命科学、医学研究及药物研发等领域有了 广泛的应用，但在体光学分子成像技术的研究目前仍处于初期阶段， 在成像算法、成像系统等方面都存在着关键的科学问题尚未解决。

2010年2月发表在Nature杂志上题为“Animal Imaging-the  Whole Picture”的影像学述评对目前处于研究和应用阶段的几种主要 成像技术的应用场合及参数进行了比较。文中指出鉴于各种成像模态 各自的优势和局限性，将多种成像方式进行融合(如PET/CT、 SPECT/CT、PET/MR、MR/CT等)，即所谓的多模态成像 (Multimodalities)，构建多维、彩色的图像是最佳的选择。近年来在 生物医药科学领域，采用多模态的方式进行相关研究的内容越来越 多。

在现有技术中中国发明专利说明书CN101301192B公开了一 种多模态自发荧光断层成像设备，该设备信号采集模块中采用小动物 悬挂旋转多角度采集荧光和X光信号，进行多模态融合，重建生物 体内部光源位置。X光对软组织成像效果不是很好，并且小动物悬挂 姿态内脏器官形变较大，而且单光谱数据不充分，都对重建效果带来 不利。在中国实用新型专利说明书CN202568208U中也公开了一 种多光谱荧光断层成像装置，该装置采用滤光片获取多张荧光图像用 来光学三维重建，但是采用的是正面单角度光学信号，并且未提供采 用其他模态成像来提供组织结构用于三维重建。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种磁共振 兼容的自发荧光断层分子影像设备，包括：

光学影像设备,所述光学影像设备设有屏蔽壳及光学暗箱,所述光 学暗箱内设有影像装置;

一导轨,所述导轨一端位于所述光学影像设备中,且所述导轨上设 有承载小动物的承载台,且所述承载台能够在导轨上滑动。

在上述技术方案的基础上，所述载物台中设有加热垫。

在上述技术方案的基础上，所述载物台上设有两面反射镜。

在上述技术方案的基础上，所述载物台上方设有镜头，且所述镜 头固定在所述光学暗箱顶部。

在上述技术方案的基础上，所述载物台与所述镜头之间设有旋转 轮，所述旋转轮上设有不同中心波长的带通滤光片。

在上述技术方案的基础上，所述光学暗箱设于所述屏蔽壳内，且 所述屏蔽壳设有外屏蔽门及内屏蔽门，所述外屏蔽门与内屏蔽门之间 形成过渡空间。

在上述技术方案的基础上，所述光学暗箱为不透光材料，所述屏 蔽壳为高磁导率材料。

在上述技术方案的基础上，所述导轨上设有小动物线圈。

本发明提供的磁共振兼容的自发荧光断层分子影像设备,与磁 共振设备配合工作,所述导轨一端位于所述光学影像设备中,另一端位 于所述磁共振设备中,所述承载台能够沿着所述导轨在所述光学影像 设备与所述磁共振设备之间滑动。

本发明的有益效果在于：采用磁屏蔽设计，将光学影像设备置于 磁共振室，通过导轨传输，保持小动物姿态不变，对于光学三维断层 重建极为重要。双层隔离门设计，完全隔绝磁共振设备的磁场与所述 光学影像设备的相互干扰。

采用磁共振提供小动物结构信息，相比传统的采用计算机断层成 像的方法，具有更高的软组织空间分辨率，有利于更准确的分割小动 物内部软组织，从而提高光学三维断层重建精度。

采用两面反射镜和旋转轮，使得光学影像设备在一个平面内可以 拍摄到多角度、多光谱的自发荧光信息。更多的数据，降低了自发荧 光断层成像理论上的病态性。

传统结合计算机断层成像的自发荧光系统，小动物置于悬挂状 态，内部器官变形较大且不易固定，实验不方便。本发明采用承载台， 小动物无需悬挂，实验更为方便。

附图说明

图1为本发明一种磁共振兼容的自发荧光断层分子影像设备结 构图；

图2为本发明屏蔽壳结构示意图;

图3为本发明光学影像设备结构示意图；

图4为使用本发明一种磁共振兼容的自发荧光断层分子影像设 备进行实验的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

请参考图1，图1为一种磁共振兼容的自发荧光断层分子影像设 备结构图，光学暗箱105通过导轨104实现与磁共振设备101对接， 保证小动物102姿态统一，保证后续步骤中小动物的内脏不会发生 形变。光学信号和磁共振依次扫描。小动物102通过导轨104送入 光学暗箱105和小动物线圈103中。

请参考图2，图2为屏蔽壳结构示意图;演示小动物102如何进入 光学暗箱内舱205。小动物102置于导轨104上。外舱门202，内 舱门204都处于关闭状态。首先外舱门202开启，小动物102沿导 轨104自动运行至过渡舱203处。外舱门202关闭，内舱门204开 启。小动物102沿导轨104运行至内舱205处，内舱门204关闭。 小动物102出舱采用相反流程。屏蔽壳材料为坡莫合金，达到将光 学设备与磁共振设备磁场隔离的作用。

图3为光学影像设备示意图。其包括屏蔽壳301与光学暗箱302， 轴流风扇303，315构成对流风，用于相机散热。高灵敏度EMCCD 相机304和镜头305用于拍摄光学信号。镜头305固定于旋转轮306 上方，滤光片307置于旋转轮306的不同孔处。可以采集多光谱光 学信号。旋转轮306通过旋转可以拍摄到不同波长的光学信号，从 而获取多光谱信息。LED白光灯308,314可以提供暗箱302内白光 光照，方便小动物102的白光表面拍摄。高反射率薄膜反射镜309,313 提供两个侧面的光学信息，实现同时多角度采集光学信号。载物台 311采用上下可移动设计使得光学调焦更为灵活。载物台311内部采 用加热垫312可以保证实验过程中，小动物体温恒定。

图4为小动物实验完整的实验流程图。结合真实动物实验详解该 设备工作流程。小动物102预处理进行相应的麻醉，注射底物，固 定于导轨104。风扇303,315开启，相机304接通电源，采用半导 体进行降温至工作温度，加热垫312开启，调节镜头305焦距和载 物台311高度，进行光学对焦。将小动物102送入小动物线圈103， 并同小动物线圈103一起进入磁共振设备101的扫描腔进行扫描。 接下来，一方面，采用半自动方法对获取的磁共振体数据进行分割， 获取小动物体表轮廓与器官轮廓，并进行剖分。另一方面在光学暗室 302中进行光学拍摄。小动物102通过导轨104运送至光学设备门 口，按照图2所示的进舱步骤，进入光学暗箱内部。通过控制旋转轮 306旋转，切换不同波长滤波片307进行荧光信号拍摄，曝光时间视 荧光光强调整，在10s～180s之间。拍摄完荧光信号，需要进行白光 拍摄。旋转轮306切换至无滤光片处，LED白光灯308,314开启， 拍摄白光信号，曝光时间0.1s。光学信号拍摄结束，进行光学信号 与磁共振数据的配准与表面映射，采用自动的基于小动物102轮廓 的方式进行磁共振数据配准，并基于朗伯源的自由空间光传播模型进 行表面光强映射。采用基于扩散模型，采用有限元的方法，进行精确 的光源位置和大小重建。

本发明采用磁屏蔽设计，将光学设备置于磁共振室，通过导轨传 输，保持小动物姿态不变，对于光学三维断层重建极为重要。双层隔 离门设计，完全隔绝磁场与设备的相互干扰。

采用磁共振提供生物体结构信息，相比于传统的采用计算机断层 成像的方法，具有更好的软组织分辨特性，而在光学重建中，软组织 的准确成像对组织分割有很大影响。

采用旋转轮控制多光谱采集，和多镜面设计，使得一个平面可以 拍摄到多角度，多光谱的自发荧光信息。更多的数据，降低了自发荧 光断层成像理论上的病态性。

相比于传统的结合计算机断层成像的自发荧光系统，小动物置于 悬挂状态，使得内部器官变形较大，并且小动物处于悬挂状态不易固 定，往往带来不便。本发明采用镜面拍摄光学信号和通过磁共振采集 结构信息，小动物无需悬挂，实验更为方便。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细 描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。