一种结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于分子成像技术领域，具体来说，是一种结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统和方法，可同时获得结构和功能两方面的信息。
【背景技术】
[0002]利用特异性的携带荧光的探针来标记特定的分子或细胞，基于光学的分子影像可以通过表明探测到的荧光信号来反演靶标在小动物体内分布。依据成像探针的不同，可以分为焚光分子断层成像(Fluorescence molecular tomography)和X射线焚光断层成像(X-ray fluorescence tomography)。在焚光分子断层成像中，所用的焚光探针需要被特定波长范围的激励光源激发发出荧光。在X射线荧光断层成像中，所使用的探针可以被X射线激发后发出荧光。
[0003]在荧光分子断层成像中，无需利用X-ray，即可以完成成像。然而，光子在生物组织中的强散射使得断层成像的空间分辨能力受限。结合X-ray CT的解剖结构信息，光学成像的分辨能力可以大幅度提升，并且结合解剖结构图像对光学分子影像的分析和解释会更为全面。
[0004]然而，目前的结合光学和X-ray的多模态成像系统存在一些局限。最简单的多模态系统通常将光学和X-ray的激励和探测元件固定，通过轴向旋转小动物来实现多模态成像。然而这类系统对小动物的悬吊使得成像的准备过程相对复杂，并且旋转过程也容易带来小动物及其内部器官位置的移动。另外一种实现方式是通过在一个旋转架上安装光学和X-ray的激励和探测元件，然而将这些精密、笨重的部件安装在旋转架上一方面使得系统实现复杂，另一方面也使得系统校准过程复杂。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明提出一种多模态断层成像系统和方法，是一种无须轴向旋转小动物，并且无须旋转光学和X-ray激励和探测部件的全角度X_ray和光学的多模态成像系统；可以进行荧光分子断层成像、X-ray荧光断层成像和小动物CT成像等，提供结构和分子影像的信息，能够应用于高分辨分子影像研宄领域。
[0006]一种结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统，包括推拉式载物平台、旋转镜模块、二维激光扫描模块、透光旋转动物床、X-ray成像系统与光学采集模块。
[0007]其中，推拉式载物平台上安装有透光旋转动物床，实现透光旋转动物床在水平方向上的平移运动；透光旋转动物床用来放置成像物体，实现成像物体周向上的旋转。
[0008]所述旋转镜模块包括左部旋转镜模块与右部旋转镜模块；左部旋转镜模块与右部旋转镜模块均包括转轮支架、转盘、转盘转轴、同步带传动结构B与两块反射镜；其中，转轮支架上通过轴承安装有转盘转轴，转盘转轴为筒状结构，用作推拉式载物平台平移的通道；转盘固定在转盘转轴端部。反射镜为两块，安装转轮支架一侧，分别通过反射镜固定件安装在转盘上，使两块反射镜，镜面相对，相互平行，与水平面形成夹角；同步带传动结构B用来驱动转盘转轴转动，进而实现两块反射镜的转动。
[0009]上述结构右部旋转镜模块中两个反射镜与左部旋转镜模块中的两个反射镜相对设置；同时，左部旋转镜模块中的转盘上还安装有扫描架，用来安装二维激光扫描模块。
[0010]所述二维激光扫描模块3由两个正交的一维线性导轨构成，包括一条X导轨、两条y导轨与一根激光笔；其中，X导轨两侧分别与两条y导轨上的滑块相连；1导轨的滑块上安装有激光笔；χ导轨与两条I导轨分别通过同步带传动结构B驱动运动，实现激光笔激光笔在二维平面内扫描。
[0011]所述的x-ray成像系统包括X射线源、X射线平板探测器；其中，x射线源与x射线平板探测器分别通过支架支撑，位于透光旋转动物床两侧；使1射线源的发射端朝向X射线平板探测器；光学采集模块通过支架支撑，使光学采集模块镜头正对后部旋转模块中转盘转轴通孔；并使X射线源射出的X-ray进入成像物体所激发的荧光信号可由光学采集模块进行米集。
[0012]基于权利要求1所述一种结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统的X_ray荧光断层成像和荧光分子断层成像方法，具体实现方式如下:
[0013]对于荧光分子断层成像:
[0014]步骤一、实验准备；
[0015]实验准备的内容包括准备实验用成像物体，并在成像物体内包埋荧光分子探针，将成像物体固定设置在透光旋转动物床上；随后开启多模态断层成像系统，预热5分钟。
[0016]步骤二、白光轮廓获取成像，得到成像物体的三维轮廓；
[0017]打开外部白光光源，在上位机中设置进行白光成像的相关参数；且根据实验要求，设定X-ray断层成像配置文件和荧光分子断层成像配置文件。
[0018]步骤三、进行荧光成像；
[0019]在上位机中导入荧光分子断层成像配置文件，并由上位机控制推拉式载物平台平移，使成像物体位于在左部旋转镜模块中上方反射镜与下方反射镜之间；上位机软件根据荧光分子断层成像配置文件，控制旋转镜模块运行角度α ;随后上位机控制二维激光扫描模块，按照实验要求的扫描方式，带动激光笔在二维方向运行，使激光光束通过左部旋转镜模块中上方反射镜，到达位于推拉式载物平台上的成像物体，实现了对成像物体的二维扫描；通过上位机控制旋转镜模块运行不同角度，完成不同角度的二维激光扫描，最终实现成像物体的全角度扫描。荧光成像完成以后，关闭光学采集模块、旋转镜模块、二维激光扫描模块。
[0020]步骤四、进行X-ray断层成像；
[0021]通过上位机控制推拉式载物平台平移，使成像物体置于X射线源与X射线平板探测器之间；随后，打开X射线源与X射线平板探测器；由上位机根据X-ray断层成像配置文件，驱动透光旋转动物床按照实验要求的方式旋转；同时X射线源发射X-ray，穿透成像物体，被X射线平板探测器采集得到，得到X射线投影图像；完成X-ray断层成像后，关闭X射线源与X射线平板探测器。
[0022]步骤五、成像完成，关闭多模态断层成像系统。
[0023]对于X-ray焚光断层成像，其步骤如下:
[0024]步骤一、实验准备；
[0025]准备实验用成像物体，并在成像物体内包埋探针，将成像物体固定设置在透光的旋转动物床4上；随后开启本发明多模态断层成像系统，预热5分钟。
[0026]步骤二、白光轮廓获取成像，得到成像物体的三维轮廓；
[0027]打开外部白光光源，在上位机中置进行白光成像的相关参数，根据实验要求，设定X-ray荧光断层成像配置文件。
[0028]步骤三、进行X-ray焚光断层成像；
[0029]在上位机中导入X-ray荧光断层成像配置文件，通过上位机控制推拉式载物平台平移，使成像物体置于X射线源与X射线平板探测器之间；随后，打开X射线源；由上位机根据X-ray荧光断层成像配置文件，驱动透光旋转动物床按照实验要求旋转到不同角度。在每一 X-ray投影角度下，X射线源发射X_ray，激发成像物体发射焚光；在同一个X_ray投影角度下，通过上位机控制旋转镜模块根据实验要求运行不同角度，采集多个角度的荧光信号，由此完成X-ray荧光断层成像；随后，关闭光学采集模块、旋转镜模块、X射线源模块与透光旋转动物床。
[0030]步骤四、成像完成，关闭多模态断层成像系统。
[0031]本发明的优点在于:
[0032]1、本发明多模态断层成像系统，以旋转镜结构为基础，以旋转光路的方式实现光学全角度扫描，具有光学成像质量高，系统复杂度小、成像方便的优点；
[0033]2、本发明多模态断层成像系统，提出的透明的旋转动物床设计，可以在不绕小动物长轴方向旋转的情况下，实现全角度的X射线激励和探测；同时透明旋转台不会遮蔽光学信号，满足了 X-ray和光学信号同步传输的要求。
[0034]3、本发明多模态断层成像系统中，推拉式载物台设计使得成像物体的装载方便和简单；旋转动物床固定在该平台上，保证在同轴的不同位置分别进行光学成像和X-ray成像，充分利用了空间，并保证了两种不同物理信号之间的独立性。
【附图说明】
[0035]图1为本发明结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统整体结构示意图；
[0036]图2为本发明结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统中推拉式载物平台结构示意图；
[0037]图3为推拉式载物平台中平移台平板安装方式示意图；
[0038]图4为本发明结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统中旋转镜模块的左部旋转镜模块结构示意图；
[0039]图5为本发明结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统中旋转镜模块的右部旋转镜模块结构示意图；
[0040]图6为为本发明结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统中二维激光扫描模块结构示意图；
[0041]图7为本发明结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统中透光旋转动物床结构示意图；
[0042]图8为本发明结合X-ray和荧光的多模态断层成像系统中X_ray成像系统结构示意图。
[0043]图中:
[0044]1-推拉式载物平台2-旋转镜模块3-二维激光扫描模块
[0045]4