活体光学投影断层成像系统与应用  

A Novel In-vivo Optical Projection Tomography System and Its Application

作　　者：郭进[1] 刘侠[1] 董迪[2] 朱守平[3] 杨鑫[2] 田捷[2,3] 

机构地区：[1]哈尔滨理工大学自动化学院哈尔滨150080 [2]中国科学院自动化研究所中国科学院分子影像重点实验室北京100190 [3]西安电子科技大学生命科学技术学院西安710126

出　　处：《自动化学报》2013年第12期2043-2050,共8页Acta Automatica Sinica

基　　金：国家自然科学基金(61172167,81101084);中国科学院科研装备研制项目(YZ201164);中国科学院外籍青年科学家计划(2010Y2GA03);黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划(1155G12);北京市自然科学基金重点项目(4111004);中国科学院“外国专家特聘研究员计划”(2012T1G0036);黑龙江省自然科学基金项目(F201311);黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12531119)资助~~

摘　　要：光学投影断层成像（Opticalprojectiontomography，OPT）技术可以对1—10mm尺度的低散射生物样本进行激发成像，具有微米级的空间分辨率、无辐射、成本低等特点，为小尺寸生物样本的高分辨率三维成像提供了一种新的手段．OPT最早通过对离体生物组织如小鼠胚胎、小鼠器官等成像，进行药物疗效评估、基因表达等研究，但是离体成像不能动态、完整地反映生物组织的变化，因此活体成像技术逐渐成为OPT领域的研究热点．本文详细介绍了我们自主研发的活体OPT系统，该成像系统以准直激光器为光源单元，高精密移动和旋转电控平台为样本定位单元，低温电子倍增fElectronmultiplying，EM）CCD探测器为采集单元，实现了针对果蝇蛹等小模式动物的活体三维成像．该系统的空间分辨率优于10肛m，成像视野1～10mm，扫描时间小于2min，重建时间小于5S．最后，本文通过果蝇蛹的三维活体成像实验展示该系统的操作流程、成像结果和初步的生物应用．Optical projection tomography （OPT） is a low-cost and high-resolution imaging technology which can provide three-dimensional （3D） images for samples from 1 to 10 mm. OPT has been greatly applied to drug efficacy evaluation or gene expression through imaging low scattering ex-vivo biological tissues, such as small animal extremities, animal embryos, etc. However, ex-vivo imaging cannot record dynamic change in biological tissues. Therefore, in-vivo application of OPT is promising. Our group has developed a novel OPT system for in-vivo imaging of small insects. The system consists of a continuous wave （CW） laser, three translation stages, a rotation stage, and a low-temperature electron multiplying （EM） CCD camera. The spatial resolution of our system is less than 10/~m with an imaging field between 1 mm and 10 mm. An imaging experiment costs less than 2 rain containing a 5 s 3D reconstruction. Besides the system introduction, this paper also demonstrates the system operation processes and preliminary biological applications. Experimental results show that 3D inovivo imaging of drosophila melanogaster pupae and other insects are easy to implement by using our system.

关 键 词：光学投影断层成像 活体成像 绿色荧光蛋白 果蝇蛹 显微成像 

分 类 号：TP391.41[自动化与计算机技术—计算机应用技术]