一種多模態小動物分子影像成像裝置及成像方法

專利名稱：一種多模態小動物分子影像成像裝置及成像方法
技術領域：
本發明涉及生物醫學成像領域，尤其涉及一種多模態小動物分子影像成像裝置及成像方法。
背景技術：
作為當今生物醫學工程領域最先進的成像技術，分子醫學影像技術是應用影像學的方法對活體狀態下的生物過程進行細胞和分子水平的定性和定量研究，在分子水平上對生物體生理、病理的變化進行實時、動態、在體、無創的成像技術。它是研究靶向性、特異性分子探針及治療藥物的關鍵、核心技術。多模態分子影像技術可實現不同影像設備的優勢互補，使獲取的影像結果更精確、更可靠。臨床實踐已證明，多模態分子醫學影像設備在重 大疾病的早診早治、治療方案的制定、治療效果的驗證與評估中發揮著重要作用。2001年美國哈佛大學Weissleder詳細闡明了分子影像學的概念。分子醫學影像技術是應用影像學的方法對活體狀態下的生物過程進行細胞和分子水平的定性和定量研究，在分子水平上對生物體生理、病理的變化進行實時、動態、在體、無創的成像技術。它是研究靶向性、特異性分子探針及治療藥物的關鍵技術。然而，任何單一模態的分子影像都存在著自身難以克服的缺陷，無法滿足生命科學研究的迫切需求——完整、準確地解釋生命過程。例如正電子發射斷層成像(Positron Emission Tomography)PET雖然具有很高的探測靈敏度，但由于輻射光子能量為固定的511keV，不能同時進行多分子探測；單光子發射斷層成像(Single Photon Emission Computed Tomography)SPECT雖然無需昂貴的回旋加速器制備核素藥物，但難以尋找到參與新陳代謝的SPECT放射示蹤物，且其靈敏度比PET低I到2個數量級；突光分子層析成像(Fluorescence Molecular Tomography)FMT雖然具有標記靈活性、高特異性、無電離輻射等優點，但圖像重建病態性嚴重，同時以上三種技術均缺乏結構信息，空間分辨率較差。目前，將分子影像成像模態與能夠提供結構信息的X射線斷層成像(X-rayComputed Tomography) X-ray CT合并成單個設備的構思在本領域內是普遍公知的。在小動物成像技術領域，MiCT0-CT采用了與普通臨床CT不同的微焦點X射線源球管，空間分辨率最高可以達到微米數量級。Micro-CT除了朝著超高分辨率方向發展外，另一個重要應用是與PET、SPECT, FMT等構成PET/CT、SPECT/CT、PET/SPECT/CT等多模態分子成像設備，為功能成像技術提供結構信息。在雙模態成像設備方面，GE、SIEMENS、PHILIPS三大公司分別推出了自己的Micro PET/CT、Micro SPECT/CT產品。在三模態成像設備方面，2005年6月，Gamma Medica在當年召開的核醫學年會上發布世界上首臺專門用于小動物成像的MicroPET/SPECT/CT ；2007年，Kodak發布了具有熒光/SPECT/CT三模態小動物成像的商業產品。截止到2011年底，GE和西門子也已經推出了自己旗下的PET/SPECT/CT三模態小動物成像設備，其中GE是通過與Gamma Medica合作OEM 了 GM的三模態成像產品。另外，有一家名為MILABS的廠商宣稱推出了三模態的成像設備。PET/SPECT/CT三模態成像設備在功能上有著特異性不夠、分子靶點標記不易等缺點，此外PET/SPECT均為采用正電子湮滅原理來進行靶向性成像的核醫學成像方法。在國內小動物活體成像領域，已分別有計算機斷層掃描成像CT、正電子發射斷層成像PET、單光子發射斷層成像SPECT、熒光斷層成像FMT的小動物活體成像系統報道，但是，現有技術中的多模態成像裝置，對于分子醫學影像領域而言，具有實際應用價值的只有PET與熒光成像，并沒有包括X-ray CT與SPECT。并且現有技術中的各個成像系統只停留在概念上，不具備實際意義，無法運用在實際工作當中。同時，四個模態的成像系統之間并沒有直接的關聯性，并不在同一檢查軸上，無法實現多模態圖像的同機融合。

發明內容
為了進一步提高多模態分子影像技術的特異性和適用面，本發明提供了一種可行的X-rayCT/PET/SPECT/FMT四個模態同機一體的多模態小動物分子影像成像裝置與成像方法。 本發明的一個目的在于提供一種多模態小動物分子影像成像裝置。本發明的一種多模態小動物分子影像成像裝置包括X射線計算機斷層成像X-ray CT系統；正電子發射斷層成像PET系統；單光子發射斷層成像SPECT系統；熒光層析成像FMT系統；旋轉機架系統；小動物床系統；以及數據采集系統和計算機；各個成像系統經數據線由數據采集系統采樣保存至計算機；各個成像系統共用一個小動物床系統和同一檢查軸；其中x-ray CT系統、SPECT系統和FMT系統安裝在同一個旋轉機架系統上，構成X-rayCT/SPECT/FMT系統；小動物床系統安裝在底座的一端，X_ray CT/SPECT/FMT與PET系統分別安裝在底座的另一端，并且各個系統位于同一軸線上；或者小動物床系統安裝在底座的中央，x-ray CT/SPECT/FMT系統與PET系統分別圍繞著小動物床系統安裝在底座上，并且各個系統的軸線在同一個水平面內。本發明的一種多模態小動物分子影像成像裝置包括X射線計算機斷層成像X-ray CT系統；正電子發射斷層成像PET系統；單光子發射斷層成像SPECT系統；熒光層析成像FMT系統；旋轉機架系統；小動物床系統；以及數據采集系統和計算機；各個成像系統經數據線由數據采集系統采樣保存至計算機；各個成像系統共用一個小動物床系統和同一檢查軸；其中X-ray CT系統和SPECT系統安裝在一個旋轉機架系統上，構成X_ray CT/SPECT系統，FMT系統安裝在另一個旋轉機架系統上；小動物床系統安裝在底座的一端，X-ray CT/SPECT系統、FMT系統和PET系統按照6種排列順序之一的順序分別安裝在底座的另一端，并且各個系統位于同一軸線上；或者小動物床系統安裝在底座的中央，X-ray CT/SPECT系統與PET系統分別圍繞著小動物床系統安裝在底座上，并且各個系統的軸線在同一個水平面內。本發明的一種多模態小動物分子影像成像裝置包括X射線計算機斷層成像X-ray CT系統；正電子發射斷層成像PET系統；單光子發射斷層成像SPECT系統；熒光層析成像FMT系統；旋轉機架系統；小動物床系統；以及數據采集系統和計算機；各個成像系統經數據線由數據采集系統采樣保存至計算機；各個成像系統共用一個小動物床系統和同一檢查軸；其中
X-ray CT系統、SPECT系統和FMT系統分別安裝在各自的旋轉機架系統上；小動物床系統安裝在底座的一端，X-ray CT系統、SPECT系統、FMT系統和PET系統按照24種排列順序之一的順序分別安裝在底座的另一端，并且各個系統位于同一軸線上；或者小動物床系統安裝在底座的中央，PET系統、X-ray CT系統、SPECT系統和FMT系統分別圍繞著小動物床系統安裝在底座上，并且各個系統的軸線在同一個水平面內。進一步，旋轉機架系統包括旋轉臺、軸套和滑環系統。旋轉臺通過旋轉臺托架固定在底座上，可以完成在平面內的旋轉。旋轉臺的中間具有通孔，其軸線與小動物床系統的軸線位于同一個水平面內。滑環系統通過滑環托架安裝在底座上，并且通過軸套與旋轉臺相連接。安裝在旋轉臺上的各種設備的數據線和電線通過軸套進入滑環系統，數據線和電線經滑環系統梳理后分別連接至電源或數據采集系統。

X-ray CT系統包括X射線源、X射線準直器和X射線探測器；其中，X射線源與X射線探測器相對地圍繞著通孔安裝在旋轉機架系統的旋轉臺上，二者之間形成探測區域，借助旋轉機架的轉動可圍繞被測的小動物在平面內做旋轉；x射線準直器安裝在X射線源的前端，位于探測區域與X射線源之間；x射線源發出X射線，經過X射線準直器產生滿足要求的X射線束，X射線束通過被測的小動物后投影在X射線探測器的成像面，由X射線探測器生成投影的數據經數據線由數據采集系統采樣保存至計算機。X射線源通過電線經滑環系統連接至電源，X射線探測器通過數據線經電源連接至數據采集系統。X射線探測器可以采用平板型探測器或者是線型探測器，成像模式可根據實際需求采用三代CT掃描模式、螺旋CT模式或者錐束CT掃描模式。PET系統包括Y射線探測器、探測電子學裝置和Y射線探測器機架；其中，Y射線探測器機架固定在底座上，Y射線探測器機架具有通孔，其軸線與旋轉臺的通孔和小動物床系統的軸線位于同一個水平面內射線探測器環繞著通孔安裝在Y射線探測器機架上，形成Y射線探測器陣列，Y射線探測器環繞的區域形成探測區域；探測電子學裝置經數據線與Y射線探測器相連，并且探測電子學裝置不在探測區域內。Y射線探測器由前端能夠將Y射線轉換成可見光的閃爍晶體和后端的高靈敏度的光電探測器組成，二者之間通過光導連接。探測電子學裝置經數據線連接至數據采集系統，數據采集系統連接至計算機。探測電子學裝置由高速信號甄別電路構成，每個Y射線探測器接收到Y光子后產生一個定時脈沖，將這些定時脈沖分別輸入高速信號甄別電路進行甄別。探測電子學裝置通過一個時鐘電路模塊設置了一個時間窗，同時落入時間窗的定時脈沖則視為是同一個正電子湮滅事件中產生的Y光子，記錄這些符號Y光子信號的位置信息，并將其計數，從而得到PET成像原始數據，通過數據采集系統記錄PET數據并將其保存至計算機用于圖像重建。探測電子學裝置通過電線經滑環系統連接至電源，Y射線探測器通過數據線經電源連接至數據采集系統。Y射線探測器陣列可采用環形結構，也可采用兩個以上互成等角度的平板結構。SPECT系統包括SPECT探測器、準直器和探測器平移機構；其中，探測器平移機構安裝在旋轉臺上，SPECT探測器固定在探測器平移機構上，可以做平移運動；SPECT探測器數量為一個或兩個以上，當SPECT探測器為兩個以上時，探測器之間呈一定夾角，圍繞著旋轉臺的通孔通過探測器平移機構安裝在旋轉臺上。SPECT探測器圍繞的區域形成探測區域。準直器安裝在SPECT探測器的前端，位于SPECT探測器與探測區域之間。SPECT探測器由前端能夠將Y射線轉換成可見光的閃爍晶體與后端高靈敏度光電探測器組成，二者之間通過光導連接。注射至生物體內的單光子示蹤劑發出Y射線，Y射線經閃爍晶體轉換成可見光，在經過光電倍增管轉換為電信號。SPECT探測器通過數據線經電源連接至數據采集系統。準直器由可屏蔽Y射線的材料構成，可采用平行孔陣列形式、針孔形式以及斜孔形式中的一種。熒光成像系統包括激光發生器、光纖、光纖移動臺和成像裝置；其中，激光發生器與成像裝置相對地圍繞著通孔安裝在旋轉臺上，二者之間形成探測區域；光纖移動臺固定在旋轉臺上；激光發生器發射出來的激光通過光纖照射被測的小動物，光纖通過光纖移動臺的滑道可在一定角度范圍內沿滑道對被測的小動物進行掃描照射。成像裝置通過數據線經電源連接至數據采集系統。小動物床系統由升降機構、平移機構和小動物床。升降機構固定在底座上 并且能在平面內旋轉，平移機構安裝在升降機構上，小動物床安裝在平移機構上。升降機構與平移機構用于移動小動物床，使其處于探測區域的合適位置。小動物床的前端作為被探測區域用于承放小動物，其孔徑大小應適合成像系統的要求。 以上所有系統均固定在同一底座上，各個系統之間相對的物理空間尺寸應根據系統設計需求確定。本發明的另一個目的在于提供一種多模態小動物分子影像成像方法。本發明的多模態小動物分子影像成像方法包括以下步驟I)將被測的小動物固定在多模態分子影像成像系統的小動物床的前端，將分子成像探針注射至被測的小動物；2)將多模態分子成像探針注射至被測的小動物，可以采用多模態分子成像探針(雙模態、三模態或者四模態分子成像探針)，或者米用單模態分子成像探針分步注射以分別滿足四個成像模態的成像要求；3)—定時間后，調整小動物床位置，使其與成像系統的探測區域中心對準，在被測物沿著檢查軸移動時分別使用X射線計算機斷層成像系統X-ray CT、正電子發射斷層成像系統PET、單光子發射斷層成像系統SPECT和熒光層析成像系統FMT對被測的小動物成像，其中各個成像模態的掃描成像順序根據成像需求來安排掃描順序；4)分別將各個模態探測到的成像數據按照相應的成像方法進行圖像重建，最后進行多模態圖像的同機配準圖像融合，得到被測的小動物的X-ray CT/PET/SPECT/FMT四個模態的同機融合分子醫學影像。其中，雙模態為X-ray CT,PET,SPECT和FMT中任意兩個組成的6種組合之一的成像模態；三模態為X-ray CT、PET、SPECT和FMT中任意三個組成的4種組合之一的成像模態；四模態為X-ray CT、PET、SPECT和FMT組成的成像模態。基于正電子發射斷層成像PET、單光子發射斷層成像SPECT的核素成像設備和熒光分子層析成像FMT的光學成像設備特別適合研究分子、代謝和生理學事件(功能成像);而X射線斷層成像CT設備則適合于解剖學成像(結構成像)；融合多模態成像技術(PET/CT、SPECT/CT)則能夠結合功能成像和結構成像兩方面的優點。X-ray CT/PET/SPECT/FMT四模態的同機融合分子醫學影像可實現不同影像設備的優勢互補，使獲取的影像結果更精確、更可靠。
本發明的優點本發明的X射線計算機斷層成像X-ray CT系統、正電子發射斷層成像PET系統、單光子發射斷層成像SPECT系統和熒光層析成像FMT系統，共用一個小動物床系統和同一檢查軸，X-ray CT/PET/SPECT/FMT四模態的同機融合分子醫學影像可實現不同影像設備的優勢互補，使獲取的影像結果更精確、更可靠。


圖I是本發明的多模態成像小動物分子成像裝置的一個實施例的結構示意圖；圖2是本發明的FMT系統的一個實施例的結構示意圖；圖3是本發明的PET系統的一個實施例的結構示意圖； 圖4是本發明的X-ray CT系統與SPECT系統的一個實施例的結構示意圖；圖5是本發明的旋轉機架的一個實施例的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，通過實例對本發明做進一步說明。在本實施例中，本發明的多模態小動物分子影像成像裝置包括X射線計算機斷層成像X-ray CT系統3 ;正電子發射斷層成像PET系統2 ;單光子發射斷層成像SPECT系統4 ;熒光層析成像FMT系統I ;旋轉機架系統5 ;小動物床系統6 ；以及數據采集系統和計算機；各個成像系統經數據線由數據采集系統采樣保存至計算機；各個成像系統共用一個小動物床系統和同一檢查軸；其中X_ray CT系統和SPECT系統安裝在一個旋轉機架系統5上，構成X-ray CT/SPECT系統，FMT系統安裝在另一個旋轉機架系統上；小動物床系統6安裝在底座7的一端，FMT系統1、PET系統2及X-ray CT/SPECT系統3和4依次分別安裝在底座7的另一端，并且各個系統位于同一軸線上，如圖I所示。如圖5所示，旋轉機架系統包括旋轉臺51、軸套52和滑環系統53。旋轉臺51通過旋轉臺托架511固定在底座7上，可以完成在平面內的旋轉。旋轉臺的中間具有通孔54(如圖4所示)，其軸線與小動物床系統的軸線位于同一個軸線上。滑環系統53通過滑環托架531安裝在底座上，并且通過軸套52與旋轉臺51相連接。安裝在旋轉臺51上的各種設備的數據線和電線通過軸套52進入滑環系統53，數據線和電線經滑環系統53梳理后分別連接至電源或數據采集系統。在本實施例中，旋轉臺51進一步包括驅動電機512、大口徑軸承513、旋轉平臺514和圓盤515。旋轉平臺通過旋轉臺托架511固定在底座7上，大口徑軸承513安裝在旋轉平臺514上，與大口徑軸承513相連接的圓盤515上有固定孔位，用來固定X-ray CT系統的射線源與探測器及其配套設備、SPECT系統的SPECT探測器及其配套設備。軸套52用于將大口徑軸承513與后端的滑環系統相連接。根據圓盤上各項設備的重量分布情況進行配重，保證圓盤在旋轉時使旋轉軸受力均勻。整個旋轉臺51的驅動旋轉是由驅動電機512驅動其旋轉驅動機構來完成的。驅動電機512采用大功率的高精度伺服電機，旋轉驅動機構采用齒輪嚙合；保證系統供電與數據傳輸的滑環系統53采用多通道、能夠傳輸強弱電、高傳輸速率、能夠保證信號精確傳輸的高性能滑環，并根據實際需要的有效探測區域來決定大口徑軸承的尺寸。如圖I所示，小動物床系統由升降機構61、平移機構62和小動物床63。升降機構61在底座7上，平移機構安62裝在升降機構61上，小動物床安裝在平移機構上。升降機構61與平移機構62用于移動小動物床63，使其處于探測區域的合適位置。小動物床63的前端作為被探測區域用于承放小動物，其孔徑大小應適合成像系統的要求。在本實施例中，小動物床63使用透明的高硬度有機玻璃，其剛性較好、對X射線以及可見光吸收較小，此外，為考慮活體小動物成像的需要，還預留了麻醉氣體管和小動物呼吸面罩的空間。緊鄰小動物運動床裝置6的是熒光層析成像FMT系統I。如圖2所示，FMT系統安裝在一個旋轉機架系統5上,從而固定在底座7上。突光層析成像系統包括激光發生器、光纖12、光纖移動臺13和成像裝置14。成像裝置14進一步包括成像元件141、光學鏡頭143和濾波片轉盤142。激光發生器發射出來的激光通過光纖12照射被測的小動物，光纖12固定在光纖移動臺13的滑道15上可在一定角度范圍內沿滑道對動物進行掃描照射。在探測區域的另一側旋轉臺上安裝高靈敏度成像元件141用于接收光子數據，在成像元件141前面安裝一個光學鏡頭143，在成像元件141和光學鏡頭143中間安裝有電腦控制的濾波片轉盤142，可自動更換濾波片以達到不同的濾光要求。激光的光纖12與成像裝置14相互成對 立并圍繞探測區域安裝，借助旋轉機架的轉動可圍繞被測物做圓周運動，獲得多角度的成像數據。激發熒光采用透射模式，激發光源與探測器分別位于探測物體的兩側。激光發生器包括氙燈、光纖和激發濾光片。氙燈發出的激光經過激發濾光片后，由光纖聚焦到小動物的身體上。激光的強度可調，波長范圍400nm-900nm，基本覆蓋了 DsRed、Cy5. 5、Alexa Fluor、ICG等主要熒光探針的激發波長范圍。成像元件141采用制冷型電子倍增CXD (EMCXD)，通過光學鏡頭覆蓋成像視野。為了避免激發光對熒光信號的影響，鏡頭前端放置熒光濾光片。針對以上提到的主要熒光探針，相應的濾波片轉盤的濾波片的通帶范圍為575nm-650nm，695nm-770nm,810nm-880nm。激發光濾光片與濾波片轉盤的濾波片分別安裝在兩個濾波片輪上，通過濾波片輪的旋轉實現濾波片的切換。熒光層析成像系統I的后側是正電子發射斷層成像PET系統2。如圖3所示，PET系統包括Y射線探測器21、探測電子學裝置22和Y射線探測器機架23。Y射線探測器機架23固定在底座7上，Y射線探測器機架具有通孔24，其軸線與旋轉臺的通孔24和小動物床系統的軸線位于同一個軸線上。Y射線探測器21環繞著通孔24安裝在Y射線探測器機架上，形成Y射線探測器陣列，Y射線探測器環繞的區域形成探測區域。探測電子學裝置22經數據線與Y射線探測器相連，并且探測電子學裝置22不在探測區域內。Y射線探測器21由前端能夠將Y射線轉換成可見光的閃爍晶體和后端的高靈敏度的光電探測器組成，二者之間通過光導連接。優選的，閃爍晶體采用高光子產額的閃爍晶體，如碘化銫晶體，LYSO晶體；光電探測器宜采用高增益并且能夠探測位置信息的光電探測器，如位敏光電倍增管；也可采用直接轉換高能射線為電信號的探測晶體，如碲鋅鎘(CZT)探測器。在本實施例中，PET系統的Y射線探測器采用硅酸釔镥閃爍晶體LYSO與硅基半導體光電倍增陣列SiPM構成，LYSO晶體與SiPM探測器之間采用光學硅油耦合。LYSO晶體具有高光輸出、快發光衰減、有效原子序數多、密度大等特性，并且物化性質穩定、不潮解、對Y射線探測效率高；SiPM具有體積小、重量輕、無需高壓電、不受磁場干擾、壽命長以及易于維護等優點。探測電子學裝置22包括配套SiPM探測器前端放大器及甄別單元、位置編碼電子學單元、脈沖事件時間提取單元(快速成型放大器、定時電路、TDC電路)、數字符合及事件編碼單元、先入先出(First in first out) FIFO數據緩沖單元、數據采集及接口單元。探測電子學裝置通過一個時鐘電路模塊設置了一個時間窗，同時落入時間窗的定時脈沖則視為是同一個正電子湮滅事件中產生的Y光子，記錄這些符號Y光子信號的位置信息，并將其計數，從而得到PET成像原始數據，通過數據采集系統記錄PET數據并將其保存至計算機用于圖像重建。Y射線探測器陣列可采用環形結構，也可采用兩個以上互成等角度的平板結構。在PET系統2的后側是共用一個旋轉機架的X射線計算機斷層成像X-ray CT系統與單光子發射斷層成像SPECT系統3和4。X-ray CT系統3包括X射線源31、X射線準直器和X射線探測器33。在本實施例中，X-ray CT系統采用35KV-75KV，63 μ m焦點的微焦點X射線源與線型X射線探測器，采用三代螺旋CT掃描方式，X射線源與X射線探測器相互成對立并圍繞探測區域安裝，借助旋轉機架的轉動可圍繞被測的小動物在平面內旋轉。X射線源31發出X射線，經過X射線準直器產生滿足要求的X射線束，X射線束通過被測的小動物后投影在X射線探測器33的 成像面，由X射線探測器33生成投影的數據經數據線由數據采集系統采樣保存至計算機。X-ray CT系統能夠實現透視掃描、螺旋掃描、高精度定點掃描采集模式，能夠實現小動物的高精度斷層成像，并為PET或SPECT系統提供解剖結構信息，以及為FMT系統的圖像重建提供CT先驗知識。SPECT系統4包括SPECT探測器41、準直器42和探測器平移機構43。SPECT探測器41由前端能夠將Y射線轉換成可見光的閃爍晶體與后端高靈敏度光電探測器組成，二者之間通過光導連接。在本實施例中，SPECT系統的SPECT探測器41采用硅酸釔镥閃爍晶體LYSO與位置靈敏光電倍增管PsPMT構成，LYSO晶體與PsPMT探測器之間采用光學硅油耦合，Micro SPECT與X-ray CT共用同一個旋轉機架與滑環傳輸系統。準直器42由金屬鉛制成，采用平行孔陣列形式。注射至生物體內的單光子示蹤劑發出Y射線，Y射線經閃爍晶體轉換成可見光，再經過光電倍增管轉換為電信號。SPECT探測器41固定在探測器平移機構43上，可以做平移運動盡可能的接近被測的小動物以提高Y射線探測器的靈敏度。本實施例中采用兩個SPECT探測器41，探測器之間互成180°夾角并前后錯位排列緊密相連，圍繞探測區域在平面內做旋轉，使有效探測區域FOV足以覆蓋整個小動物。入射的Y射線事件，在晶體上激發出的熒光的位置，經過權重網絡和ADC轉為包含位置信息的X、Y、E數據，通過100M傳輸速度的TCP/IP網絡接口發送到采集計算機，形成圖像幀。在對活體小動物進行四模態同機融合分子影像成像時，將麻醉后的活體小動物固定在多模態分子影像成像系統的運動掃描床檢測區域，將分子成像探針注射至被測的小動物。多模態分子成像探針可以米用多模態分子成像探針(雙模態、三模態或者四模態分子成像探針)，或者采用單模態分子成像探針分步注射以分別滿足四個成像模態的成像要求。一定時間后，調整運動掃描床位置，使其與成像系統的有效探測區域中心對準。在被測物沿著檢查軸移動時分別使用X射線計算機斷層成像X-ray CT系統、正電子發射斷層成像PET系統、單光子發射斷層成像SPECT系統和熒光層析成像FMT系統對被測的小動物成像，依次進行X-ray CT — FMT — PET — SPECT四個模態的成像。分別將各個模態探測到的成像數據按照相應的成像方法進行圖像重建，最后進行多模態圖像的同機配準圖像融合，得到被測的小動物的X-rayCT/PET/SPECT/FMT四個模態的同機融合分子醫學影像。基于正電子發射斷層成像PET、單光子發射斷層成像SPECT的核素成像設備和熒光分子層析成像FMT的光學成像設備特別適合研究分子、代謝和生理學事件(功能成像);而X射線斷層成像CT設備則適合于解剖學成像(結構成像)；融合多模態成像技術(PET/CT、SPECT/CT)則能夠結合功能成像和結構成像兩方面的優點。X-ray CT/PET/SPECT/FMT四模態的同機融合分子醫學影像可實現不同影像設備的優勢互補，使獲取的影像結果更精確、
更可靠。最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發明，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發明不應局限于實施例所公開的內容，本發明要 求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
權利要求
1.一種多模態小動物分子影像成像裝置，其特征在于，所述成像裝置包括x射線計算機斷層成像X-ray CT系統；正電子發射斷層成像PET系統；單光子發射斷層成像SPECT系統；熒光層析成像FMT系統；旋轉機架系統；小動物床系統；以及數據采集系統和計算機；各個成像系統經數據線由數據采集系統采樣保存至計算機；各個成像系統共用一個小動物床系統和同一檢查軸；其中 所述X-ray CT系統、SPECT系統和FMT系統安裝在同一個旋轉機架系統上，構成X-rayCT/SPECT/FMT系統；所述小動物床系統安裝在底座(7 )的一端，所述X-ray CT/SPECT/FMT與PET系統分別安裝在底座(7)的另一端，并且各個系統位于同一軸線上；或者 所述小動物床系統安裝在底座(7)的中央，所述X-ray CT/SPECT/FMT系統與PET系統分別圍繞著小動物床系統安裝在底座(7)上，并且各個系統的軸線在同一個水平面內。
2.一種多模態小動物分子影像成像裝置，其特征在于，所述成像裝置包括X射線計算機斷層成像X-ray CT系統；正電子發射斷層成像PET系統；單光子發射斷層成像SPECT系統；熒光層析成像FMT系統；旋轉機架系統；小動物床系統；以及數據采集系統和計算機；各個成像系統經數據線由數據采集系統采樣保存至計算機；各個成像系統共用一個小動物床系統和同一檢查軸；其中 所述X-ray CT系統和SPECT系統安裝在一個旋轉機架系統上，構成X_ray CT/SPECT系統，所述FMT系統安裝在另一個旋轉機架系統上；所述小動物床系統安裝在底座(7)的一端，所述X-ray CT/SPECT系統、FMT系統和PET系統按照6種排列順序之一的順序分別安裝在底座(7)的另一端，并且各個系統位于同一軸線上；或者 所述小動物床系統安裝在底座(7)的中央，所述X-ray CT/SPECT系統與PET系統分別圍繞著所述小動物床系統安裝在底座(7)上，并且各個系統的軸線在同一個水平面內。
3.一種多模態小動物分子影像成像裝置，其特征在于，所述成像裝置包括X射線計算機斷層成像X-ray CT系統；正電子發射斷層成像PET系統；單光子發射斷層成像SPECT系統；熒光層析成像FMT系統；旋轉機架系統；小動物床系統；以及數據采集系統和計算機；各個成像系統經數據線由數據采集系統采樣保存至計算機；各個成像系統共用一個小動物床系統和同一檢查軸；其中 所述X-ray CT系統、SPECT系統和FMT系統分別安裝在各自的旋轉機架系統上；所述小動物床系統安裝在底座(7)的一端，所述X-ray CT系統、SPECT系統、FMT系統和PET系統按照24種排列順序之一的順序分別安裝在底座(7)的另一端,并且各個系統位于同一軸線上；或者 所述小動物床系統安裝在底座(7)的中央，所述PET系統、X-ray CT系統、SPECT系統和FMT系統分別圍繞著小動物床系統安裝在底座(7)上，并且各個系統的軸線在同一個水平面內。
4.如權利要求I至3之一所述的成像裝置，其特征在于，所述旋轉機架系統包括旋轉臺(51)、軸套(52)和滑環系統(53);其中，所述旋轉臺(51)通過旋轉臺托架(511)固定在所述底座(7)上；所述旋轉臺(51)的中間具有通孔(54)，其軸線與所述小動物床系統(6)的軸線位于同一個水平面內；所述滑環系統(53)通過滑環托架(531)安裝在所述底座(7)上，并且通過所述軸套(52)與所述旋轉臺(51)相連接；安裝在所述旋轉臺(51)上的各種設備的數據線和電線通過軸套進入滑環系統，數據線和電線經所述滑環系統(53)梳理后分別連接至電源或數據采集系統。
5.如權利要求I至3之一所述的成像裝置，其特征在于，所述X-rayCT系統包括X射線源(31)、X射線準直器和X射線探測器(33);其中，所述X射線源(31)與X射線探測器(33)相對地圍繞著通孔(54)安裝在所述旋轉機架系統的旋轉臺(51)上，二者之間形成探測區域，借助所述旋轉機架的轉動可圍繞被測的小動物在平面內做旋轉；所述X射線準直器安裝在所述X射線源(31)的前端，位于探測區域與所述X射線源(31)之間。
6.如權利要求I至3之一所述的成像裝置，其特征在于，所述PET系統包括Y射線探測器(21)、探測電子學裝置(22)和Y射線探測器機架(23);其中，所述Y射線探測器機架(23)固定在所述底座(7)上；所述Y射線探測器機架(23)具有通孔(24)，其軸線與旋轉臺的通孔和小動物床系統的軸線位于同一個水平面內；所述Y射線探測器(21)環繞著所述通孔(24)安裝在所述Y射線探測器機架(23)上，形成Y射線探測器陣列，Y射線探測器環繞的區域形成探測區；所述探測電子學裝置(22)經數據線與Y射線探測器相連，并且探測電子學裝置(22 )不在探測區域內。
7.如權利要求I至3之一所述的成像裝置，其特征在于，所述SPECT系統包括=SPECT探測器(41)、準直器(42 )和探測器平移機構(43 );其中，所述探測器平移機構(43 )安裝在旋轉臺(51)上，所述SPECT探測器(41)固定在所述探測器平移機構(43)上，做平移運動；所述SPECT探測器(41)的數量為一個或兩個以上，當SPECT探測器為兩個以上時，探測器之間呈一定夾角，圍繞著旋轉臺的通孔(54)通過探測器平移機構(43)安裝在旋轉臺(51)上；所述探測器(41)圍繞的區域形成探測區域；所述準直器(42)安裝在所述SPECT探測器(41)的前端，位于所述SPECT探測器與探測區域之間。
8.如權利要求I至3之一所述的成像裝置，其特征在于，所述熒光成像系統包括激光發生器、光纖(12)、光纖移動臺(13)和成像裝置(14);其中，所述激光發生器與成像裝置(14)相對地圍繞著通孔安裝在所述旋轉臺上，二者之間形成探測區域；所述光纖移動臺(13)固定在所述旋轉臺上；所述激光發生器(11)發射出來的激光通過光纖(12)照射被測的小動物；所述光纖(12)通過光纖移動臺的滑道(15)在一定角度范圍內沿滑道對被測的小動物進行掃描照射。
9.如權利要求I至3之一所述的成像裝置，其特征在于，所述小動物床系統由升降機構(61)、平移機構(62)和小動物床(63);其中，升降機構(61)固定在底座(7)上并且能在平面內旋轉；平移機構(62)安裝在升降機構(61)上；小動物床(63)安裝在平移機構上。
10.一種多模態小動物分子影像成像方法，其特征在于，所述成像方法包括以下步驟 1)將被測的小動物固定在多模態分子影像成像系統的小動物床的前端，將分子成像探針注射至被測的小動物； 2)將多模態分子成像探針注射至被測的小動物，分子成像探針注射以滿足四個成像模態的成像要求； 3)—定時間后，調整小動物床位置，使其與成像系統的探測區域中心對準，在被測物沿著檢查軸移動時分別使用X射線計算機斷層成像系統X-ray CT、正電子發射斷層成像系統PET、單光子發射斷層成像系統SPECT和熒光層析成像系統FMT對被測的小動物成像，其中各個成像模態的掃描成像順序根據成像需求來安排掃描順序； 4)分別將各個模態探測到的成像數據按照相應的成像方法進行圖像重建，最后進行多模態圖像的同機配準圖像融合，得到被測的小動物的X-ray CT/PET/SPECT/FMT四個模態的同機融 合分子醫學影像。
全文摘要
本發明公開了一種多模態小動物分子影像成像裝置及其成像方法。本發明的一種多模態小動物分子影像成像裝置包括X射線計算機斷層成像X-ray CT系統；正電子發射斷層成像PET系統；單光子發射斷層成像SPECT系統；熒光層析成像FMT系統；旋轉機架系統；小動物床系統；以及數據采集系統和計算機；各個成像系統經數據線由數據采集系統采樣保存至計算機；各個成像系統共用一個小動物床系統和同一檢查軸。本發明的各個成像系統共用一個小動物床系統和同一檢查軸，X-ray CT/PET/SPECT/FMT四模態的同機融合分子醫學影像可實現不同影像設備的優勢互補，使獲取的影像結果更精確、更可靠。
文檔編號A61B5/00GK102764138SQ20121027344
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者任秋實, 盧閆曄, 周克迪, 龐博, 張秋實, 楊昆, 江曉蕓 申請人:北京大學