CN107802239B - 一种在生物体组织内成像的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在生物体组织内成像的系统，包括：超声波单元、量子点、采集单元、光学会聚单元和检测单元，通过超声波单元激发预先设置于生物体组织内部的量子点将所述声致发光产生的光信号转换为红外信号，再将采集的红外信号会聚后传递至光学检测单元进行检测，对红外信号进行检测并记录，完成三维成像；本发明通过超声探头引发圣体组织内部产生声致发光的光信号，并将该光信号转换为红外光，通过采集红外光，完成对组织内部的三维成像；本发明可以在对生物体组织内部成像时，在保证测量深度的同时，能达到较高的分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器件领域，尤其涉及一种在生物体组织内成像的系统。
背景技术
生物体组织由于其不透明和不均一的性质，因此对其内部无法直接成像。扩散光学层析成像又称漫射光学层析成像(Diffuse Optical tomography or OpticalDiffusion Tomography,DOT/ODT)，可以通过发展高灵敏的近红外光子检测仪器和基于生物组织光子输运模型的图像重建技术，从多点激励下表面扩散光的时间、空间和光谱分布测量信息中反演组织体内部光学特性参数的三维分布，并使之与该组织的生理状态相关联，与X射线，超声和磁共振等常规成像方法相比，在对组织功能变化的灵敏性、特异性和动态性、以及使用的安全性、便携性和性价比等方面具有明显的优势。
目前，现有技术手段有荧光漫反射层析成像(Fluorescence diffuse opticaltomography，FDOT)。这种技术的优点是可以对深达数厘米的组织内部成像，但是这种方法的分辨率又不够令人满意，因此，亟需一种新的技术手段，能够在保证深度和分辨率的情况下，对组织内部进行成像。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种在生物体组织内成像的系统，以解决上述技术问题。
本发明提供的在生物体组织内成像的系统，包括：
超声波单元，用于输出超声波并产生声致发光的光信号；
量子点，用于将所述声致发光产生的光信号转换为红外信号，所述量子点预先设置于生物体组织内部；
采集单元，用于采集采集红外信号；
光学会聚单元，用于将采集的红外信号会聚后传递至光学检测单元进行检测；
检测单元，用于对红外信号进行检测并记录，完成三维成像。
进一步，所述采集单元包括光纤和光电倍增管，所述光学会聚单元包括壳体和设置与壳体内的若干透镜组，所述光纤的输出端与透镜组的输入端连接，所述红外信号通过光纤和透镜组将光会聚在光电倍增管的接收面，所述光电倍增管的输出端与检测单元的输入端连接。
进一步，所述光学会聚单元还包括固定单元，所述壳体通过固定单元与检测单元固定连接，并通过固定单元调整所述透镜组与检测单元的光路处于同一高度，且通过透镜组的光信号会聚于光学检测单元的焦平面。
进一步，还包括：
信号发生器，用于向超声波单元和检测单元发送控制信号；
所述信号发生器的输出端分别与功放单元的输入端和检测单元连接，所述功放单元的输出端与超声波单元的输入端连接；
功放单元，用于将控制信号进行放大；
所述功放单元的输出端与超声波单元的输入端连接。
进一步，所述透镜组包括滤光片，用于对红外信号中杂散光进行过滤。
进一步，所述超声波单元为聚集超声探头，所述超声波单元根据信号发生器设定的控制参数进行工作，所述控制参数至少包括信号的频率和占空比。
进一步，还包括监控服务器和移动终端设备，所述移动终端设备通过监控服务器与检测单元的输出端连接。
本发明的有益效果：本发明中的在生物体组织内成像的系统，通过超声探头引发圣体组织内部产生声致发光的光信号，并将该光信号转换为红外光，通过采集红外光，完成对组织内部的三维成像；本发明可以在对生物体组织内部成像时，在保证测量深度的同时，能达到较高的分辨率。
附图说明
图1是本发明实施例的在生物体组织内成像系统的结构示意图。
图2是本发明实施例的在生物体组织内成像的流程示意图。
图3是本发明实施例的在生物体组织内成像系统光学会聚单元的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例中的在生物体组织内成像的系统，包括：
超声波单元，用于输出超声波并产生声致发光的光信号；
量子点，用于将所述声致发光产生的光信号转换为红外信号，所述量子点预先设置于生物体组织内部；
采集单元，用于采集采集红外信号；
光学会聚单元，用于将采集的红外信号会聚后传递至光学检测单元进行检测；
检测单元，用于对红外信号进行检测并记录，完成三维成像。
如图1所示，在本实施例中，生物体组织采用仿体，仿体为具有生物体组织性质的模型，内部预埋模仿血管的一条管道并在管道内部注入量子点(quantum dots，QD)，本实施例中的量子点的作用是将声致发光的光信号转化为近红外信号，这类光信号不易在生物体组织中耗散，可以被组织外的探测器检测到，通过超声波单元聚集超声引起的声致发光光信号可以在生物体内转化为近红外光(NIR)，这种光的波长较长，本实施例中的超声波单元，可以采用聚焦超声探头，通过移动聚焦超声探头的位置，完成对组织内部成像的过程。量子点具有良好的水溶性和生物相容性，另外，由于量子点的颗粒很小(纳米尺寸)，溶于水的时候可以通过生物体的毛细血管，而血管几乎遍布生物体的主要器官和组织，因此，本实施例中采用通过血管注射的方式注入量子点，当然也可以采用其他方式预先设置于生物体组织内，其目的是为了最终通过采集量子点的近红外光来完成生物体组织内部的三维成像。
在本实施例中，采集单元包括光纤和光电倍增管，述光学会聚单元包括壳体和设置与壳体内的若干透镜组，光纤的输出端与透镜组的输入端连接，红外信号通过光纤和透镜组将光会聚在光电倍增管的接收面，光电倍增管的输出端与检测单元的输入端连接，NIR可以穿过仿体组织，通过光纤和透镜组会聚在光电倍增管(PMT)的接收面上。光纤通过紧贴生物体表面这种方式就可以获得光信号，光电倍增管将光信号放大，被检测装置检测并记录，优选地，为了保证采集到的信号的强度，本实施例中的光纤和超声单元保持同步移动。其中，透镜组中包含滤光片F1，用于过滤掉除红外信号之外的杂散光。通过移动聚焦超声探头的位置，完成对组织内部的三维成像的过程。
如图3所示，本实施例中的光学会聚单元还包括固定单元11，壳体通过固定单元11与检测单元10固定连接，并通过固定单元11调整所述透镜组与检测单元10的光路处于同一高度，且通过透镜组的光信号会聚于光学检测单元的焦平面，其中光学会聚单元12用于接收采集待测光源发出的光信号，壳体通过固定单元11与光学检测单元10连接，将采集的待测光源的光信号会聚后传递至光学检测单元进行检测，固定单元11可以固定设置在壳体上，也可以通过可拆卸连接的方式分别将壳体和光学检测单元进行固定，例如可以通过螺纹连接的方式，分别与壳体和光学检测单元连接，本领域技术人员应该可以知晓，现有技术中的能够实现上述功能的连接方式均可以应用在本实施例中，再此不再赘述。光学会聚单元12包括若干透镜组，透镜组设置在壳体内部，将光学检测单元10和光学会聚单元12通过固定单元11固定好后，需要使透镜组与光学检测单元的光路处于同一高度，且通过透镜组的光信号会聚于光学检测单元的焦平面，本实施例中的待测光源为声致发光的微弱光信号，微弱光信号通过透镜组，会聚于光学检测单元的焦平面上，进而输出的光信号可以通过与仪器相连接的处理单元采集、并分析、存储信号。
在本实施例中，还包括信号发生器和功放单元，所述信号发生器的输出端分别与功放单元的输入端和检测单元连接，用于发送触发信号，功放单元的输出端与超声波单元的输入端连接，信号发生器用来驱动功放单元和检测单元，通过功放单元放大后输出的信号可以使聚焦超声探头发出高频超声波，引发仿体内部产生声致发光的光信号，这类光被量子点吸收，发射出近红外光，由信号发生器同时向功放单元和检测单元同时发送触发信号，由检测单元对发射出来的近红外光进行检测记录，完成三维成像，过程如图2所示。本实施例中的信号发生器产生可以驱动超声波单元和检测检测的电信号，优选地，可以采用多通道的信号发生器的不同通道的延时、持续触发等功能，单独脉冲地触发超声换能器即“只触发功放，产生NIR光，然后持续接受信号进行检测记录”。信号发生器可以设定信号的频率、占空比等控制参数，通过控制参数来控制超声波单元发出指定的高频超声波。
在本实施例中，还包括监控服务器和移动终端设备，所述移动终端设备通过监控服务器与检测单元的输出端连接，通过监控服务器和移动终端设备实现远程监控，必要时，也可以进行远程操作控制。本实施例通过将红外信号通过光纤和透镜组会聚在光电倍增管的接收面，通过光电倍增管对红外信号进行放大并输入至检测单元进行检测，同时向功放单元和检测单元发送同步触发信号，通过功放单元将触发信号进行放大并触发输出高频超声波，引发生物体组织内部产生声致发光的光信号，并通过检测单元进行同步检测。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种在生物体组织内成像的系统，其特征在于，包括：
超声波单元，用于输出超声波并产生声致发光的光信号；
量子点，用于将所述声致发光产生的光信号转换为近红外信号，所述量子点预先设置于生物体组织内部；
采集单元，用于采集近红外信号；
光学会聚单元，用于将采集的近红外信号会聚后传递至检测单元进行检测；
检测单元，用于对近红外信号进行检测并记录，完成三维成像。
2.根据权利要求1所述的在生物体组织内成像的系统，其特征在于，所述采集单元包括光纤和光电倍增管，所述光学会聚单元包括壳体和设置于壳体内的若干透镜组，所述光纤的输出端与透镜组的输入端连接，所述近红外信号通过光纤和透镜组将光会聚在光电倍增管的接收面，所述光电倍增管的输出端与检测单元的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的在生物体组织内成像的系统，其特征在于，所述光学会聚单元还包括固定单元，所述壳体通过固定单元与检测单元固定连接，并通过固定单元调整所述透镜组与检测单元的光路处于同一高度，且通过透镜组的光信号会聚于检测单元的焦平面。
4.根据权利要求1所述的在生物体组织内成像的系统，其特征在于，还包括：
信号发生器，用于向超声波单元和检测单元发送控制信号；
所述信号发生器的输出端分别与功放单元的输入端和检测单元连接，所述功放单元的输出端与超声波单元的输入端连接；
功放单元，用于将控制信号进行放大；
所述功放单元的输出端与超声波单元的输入端连接。
5.根据权利要求2所述的在生物体组织内成像的系统，其特征在于，所述透镜组包括滤光片，用于对近红外信号中杂散光进行过滤。
6.根据权利要求1所述的在生物体组织内成像的系统，其特征在于，所述超声波单元为聚集超声探头，所述超声波单元根据信号发生器设定的控制参数进行工作，所述控制参数至少包括信号的频率和占空比。
7.根据权利要求1-6任一所述的在生物体组织内成像的系统，其特征在于，还包括监控服务器和移动终端设备，所述移动终端设备通过监控服务器与检测单元的输出端连接。
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