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《xenics紅外相機在第二近紅外小動物活體熒光成像方面的應(yīng)用-4》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、Xenics液氮制冷相機在第二近紅外小動物活體熒光成像方面的應(yīng)用1.應(yīng)用背景介紹癌癥作為四大不治癥之一，一直以來都是全球各國希望攻克的難題。WorldCancer2014報告指出全球范圍內(nèi)每年癌癥新增病例高達1400萬，死亡病例高達820萬，而2010年全球在癌癥上投入的資金為1.16萬億美金，為全球生產(chǎn)總值的2%。影像方法一直以來都是癌癥研究、藥物開發(fā)，以及一般醫(yī)療行業(yè)重要的輔助研究手段；傳統(tǒng)的獲取影像的方法主要包括X-Ray成像、可見光成像以及核磁成像。X-Ray成像主要是通過X光探測器來探測穿透人體組織后的X光影像
2、，主要包括DR、CT、PET等設(shè)備，但是X光成像由于有輻射，對人體有傷害且這些成像技術(shù)的空間分辨率有限,很難實現(xiàn)微小病灶的早期檢測,進而影響早期治療。同樣,由于這些設(shè)備的時間分辨率有限，不適合外科醫(yī)生長期手術(shù)使用；可見光成像主要通過探測400nm-700nm范圍內(nèi)的可見光來獲取影像信息，但是可見光無法獲得被探測人和物內(nèi)部的信息；MRI也是醫(yī)療行業(yè)一個有力的手段，但是MRI設(shè)備拍攝時間長.費用昂貴，無法在術(shù)中使用。圖1:CT、PET探測設(shè)備基于上述背景，越來越多的生命科學(xué)工作者開始了其他影像方法又寸癌癥檢測價值的研究。近紅
3、外成像由于能夠獲得更高的空間分辨率和更高的時間分辨率,獲得了越來越多研究者的喜愛。同時，由于更深的探測深度，以斯坦福大學(xué)為首的眾多科研院所和高校開始了第二近紅外成像的研究。圖2:紅外成像探測深度VS可見極像探測深度1.第二近紅外熒光成像研究原理近紅外成像,由于時空分辨率都比Micro-CT和PET高，又沒有輻射，同時可以在手術(shù)中使用等，被廣泛研究。近紅外成像主要分為第1近紅外（0.75um-0.9um）成像和第2近紅夕卜（l.lum-1.4um）成像，而第2近紅外成像由于可以獲得更深的探測深度（1?3毫米），更高的空間分
4、辨率（~30毫米），更高的時間分辨率（＜200ms每幀）,更受期待。圖3:可見光成像、紅外成像，以及可見光^紅外成像融合圖小動物體內(nèi)的熒光基團，在激光的照射下，會輻射出比激發(fā)光波長更長的光子信號，輻射岀來的光子穿透組織到達體表，被能夠探測到900nm-1700nm近紅外譜段的InGaAs材料的液氮制冷相機獲取并成像,通過對熒光信息成像的分析”進而獲取小動物體內(nèi)血管、腫瘤等信息；圖4:利用熒光成像原理，對小白鼠的頭部逬行成像，&(?n?e)A±su①c-1Y2O3:Yb3Tm°?nm)Y2O3:Yb3；Ho3*(Xex=
5、980nm)—LaOCkNd3*(>^x=800nm)LaOCkEr3*(Xex=800nm)01600Wavelength(nm)圖5:幾種熒光劑的激發(fā)、發(fā)射圖譜1.成像方案方案1:采用非晶硅材料的可見光相機和InGaAs材料的紅外相機，同時、同視場獲取兩幅圖像，通過軟件完成兩幅圖像的融合。方案2:采用可見光可擴展短波紅夕卜相機，1臺相機完成可見光和紅夕卜的成像，同時省去了分光裝置，避免了由于光路引起的視場不相同問題；由于熒光基團發(fā)岀的光信號非常微弱，同時需要穿透小動物的組織，透出皮膚表層的光信號非常微弱，所以在相機的
6、選擇上一般為靈敏度較高、暗電流較低的相機產(chǎn)品。我制臺圖6:成像方案圖1.結(jié)果分析（通過數(shù)據(jù)分析,證明了方法的有效性）通過上述方案在第2近紅外小動物活體成像，可以獲得非常清晰的圖像；相比較傳統(tǒng)的X-ray.CT、PET、MRI等成像技術(shù)，第2近紅外相機可以獲得更高的時空分辨率;而相比較第1近紅外成像,第2近紅外可以獲取更深的探測深度。>第2近紅外成像同Micro-CT成像對比第2近紅外成像可以看清楚更多的毛細血管，并且可以區(qū)分的最細的毛細血管的直徑為35.4um;第2金紅外成像所需要的時間為300ms;Micro?CT成像
7、無法看清楚100um以下的毛細血管，成像時間需要2h；aPoutmmrm圖7:第2近紅外成像同Micro-CT成像對比>第2近紅外同第1近紅外對比分析:第2近紅外可以探測到更深的深度,同時可以看清楚更細小的毛細血管。NIRJIRdyo800NIRJISWNT24681012Position(mm)086421ooooA￥sua.cpezlIgoN08642?L?1oooop^zllauJON12345578Positkn(mm)123456Position(mm)08642?d???1oooo玄uetu一iioz1234
8、5Pcsitkn(mm)036421.0QQQ246810Position(mm)123456Pcsitkn(mm)1.關(guān)鍵成像器件Xenics公司Cougar液氮制冷相機Cougar-640,以其77K的深度制冷溫度，優(yōu)越的低暗噪聲，超高的靈敏度，在第二近紅外小動物活體成像方面有非常好的發(fā)揮；綜述特性：If極低的噪
