專利名稱：用于動物的頭尾向旋轉的扭轉支撐件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及成像系統(tǒng)領域，尤其涉及對象的成像。更具體地，本發(fā)明涉及用于 動物頭尾向旋轉的扭轉支撐件裝置，以實現(xiàn)多視圖成像。
背景技術：
電子成像系統(tǒng)用于實現(xiàn)對動物、例如小鼠的成像是已知的。一種示范性電子成 像系統(tǒng)10在圖1A、1B、1C以及ID中示出。該系統(tǒng)的示例是柯達活體內成像系統(tǒng)(KODAK In-Vivo Imaging System)FXPro。系統(tǒng)10包括光源12 ；允許訪問對象或正被成像的對 象的樣本環(huán)境14 ；設置在樣本環(huán)境14內的光學透明壓板16 ；由光纖18組成的表面照明 (epi-illumination)輸送系統(tǒng)，光纖18耦接光源12并且將經調節(jié)的光(具有適當的波長 和發(fā)散度)導向壓板16，以提供明視場或熒光成像；包括鏡子22和透鏡及照相機系統(tǒng)M 的光隔室20 ；通信及計算機控制系統(tǒng)沈，其可包括顯示器件，例如計算機顯示器；微焦X射 線源觀；光學透明的平面動物支撐構件30，對象可通過重力在其上固定不動且穩(wěn)定；以及 高分辨率熒光屏32，其適于借助于高分辨率熒光片34將電離輻射轉換為可見光，該熒光片 靠近動物支撐構件30并能夠通過未示出的例如馬達和導螺桿結構等常規(guī)裝置沿著由箭頭 36所標識的方向移動。在圖示的成像系統(tǒng)中，透鏡及照相機系統(tǒng)M位于支撐構件30的下 方；但是，本領域技術人員應當理解，該系統(tǒng)可重新配置成提供從支撐構件的上方或者從任 何適當角度的成像。光源12可包括勵磁濾波選擇器，以用于熒光激發(fā)或明視場色彩成像。樣本環(huán)境14 優(yōu)選為不透光并且裝備有用于環(huán)境控制的防光(light-locked)氣體口。這種環(huán)境控制對 于受控的X射線成像或特定生物標本的生命支撐件是理想的。成像系統(tǒng)10可包括入口裝 置或構件38，用以提供對樣本環(huán)境14的便利、安全且不透光的訪問。入口裝置對于本領域 技術人員是熟知的，可以包括門、孔、迷宮等。另外，樣本環(huán)境14優(yōu)選為適于為樣本維護或 軟X射線傳輸提供大氣控制(例如，溫度/濕度/替代性氣體等)。照相機及透鏡系統(tǒng)M 可包括用于熒光成像的發(fā)射濾光輪。能夠多樣成像的電子成像系統(tǒng)的示例，在之前所述的 所共同受讓的Vizard等人、Feke以及!^eke等人的未決的專利申請中進行了描述。在操作中，該系統(tǒng)配置為用于期望的在包括X射線模式、放射性同位素模式以及 比如明視場模式、熒光模式、發(fā)光模式等光學成像模式的可用模式中所選擇的成像模式，并 且使用透鏡及照相機系統(tǒng)M捕捉已固定不動的對象的圖像，該固定不動的對象例如為麻 醉下并躺在光學透明的動物支撐構件30上的小鼠40。系統(tǒng)M將光圖像轉換成能夠被數字 化的電子圖像。被數字化的圖像可被顯示在顯示裝置上，存儲在存儲器中，傳輸到遠處，進 行處理以增強圖像，和/或被用于打印圖像的永久副本。該系統(tǒng)可連續(xù)地配置為用于多個 圖像的捕捉，每個圖像是從可用模式中選擇，由此通過多個捕捉圖像的組合產生合成圖像， 例如組合疊加。小鼠40可連續(xù)地經歷頭尾向旋轉，并且以各種躺著的身體姿勢直接固定到平面 動物支撐構件30上，例如俯臥、仰臥、橫向躺著以及傾斜地躺著，從而對于每個身體姿勢小鼠均通過重力所穩(wěn)定，以獲得多個視圖，例如腹側(ventral)的和橫向的視圖，正如在 P. Mitchell 白勺"Picture Perfect Jmaging Gives Biomarkers New Look( 0^5 :) 像給生物標識物帶來新面貌)‘‘中所描述的，見Pharma DD, Vol. 1，No. 3，pp. 1-5(2006) (Pharma DD第1卷第3期第1到5頁Q006))。正如圖ID所示，多個動物40可同時被成 像，為了便于圖示，僅僅示出其中一個。動物可被手動地繞著它們的頭尾向軸旋轉從而提供 不同的視角，如箭頭42所示。出于下面的若干原因，以躺著的姿勢將動物直接固定到光學透明的平面支撐件上 并從下面進行成像是有利的。第一，頭尾向旋轉角的范圍以及因此視角的范圍是不受限制 且連續(xù)的。第二，人類實驗者能夠接觸到動物。例如，在實驗需要對動物親密輸送如為藥物、 光學熒光顯像劑、X射線造影劑或放射性核素顯像劑等物質的情況下，例如通過注入、口部 填喂、吸入、經直腸輸送、經皮膚輸送、或者經黏膜輸送，通常在輸送物質之前和之后在基本 上不物理干擾成像系統(tǒng)中的動物的情況下捕捉動物的圖像是理想的。這在研究顯像劑或造 影劑的灌注和清除時或者藥物隨時間的治療反應時是特別理想的。第三，人類實驗者能夠 訪問動物周圍的直接環(huán)境。例如，通常期望的是清理包括動物的尿、屎或可能另外引起成像 假象的表面碎片的殘留物的直接環(huán)境。第四，由于重力的穩(wěn)定作用，對動物僅需最少的操作 和限制，以將其以期望的姿勢放置在成像系統(tǒng)中，從而促進了對于人類實驗者的人機工程 協(xié)議。第五，躺著的姿勢對于最小化動物身上的生理應力是理想的。第六，光學透明的支撐 件提供了實體表面，用作透鏡及照相機系統(tǒng)的焦平面的參考，從而有助于對清晰的、易分辨 的圖像的捕捉。第七，光學透明的支撐件有助于多形態(tài)成像，因為可拆除的熒光屏可靠近支 撐件表面設置，從而為光學成像模式(明視場模式，熒光模式和發(fā)光模式)以及需要熒光屏 的成像模式(X射線模式和放射性同位素模式)提供共同的焦平面；共同的焦平面是精確地 聯(lián)合配準(co-registration)來自光學成像模式以及需要熒光屏的成像模式的重疊圖像 所必需的。第八、成像光路徑是固定的并且對于所有視角和所有成像模式是共同的，從而提 供簡單、便宜的部件，以限定成像光路徑。另一方面，將躺著的動物直接固定到平面支撐件是不利的，因為在已知的成像系 統(tǒng)中缺少精確控制動物的頭尾向旋轉角以及因此缺少精確控制視角(例如以+/-5度內的 精度)的裝置。改進的視角控制可改善實驗者定量分子信號的能力。在從熒光模式和發(fā)光 模式獲得的光學分子信號的情況下，該信號取決于動物表面與動物內部所分布的熒光或發(fā) 光物質之間的、光必須行進穿過的組織的深度。該組織的深度取決于動物的姿勢。在放射 性同位素分子信號的情況下，信號取決于動物內部所分布的放射性同位素離與熒光屏的距 離。該距離取決于動物的姿勢。改進的視角控制還將改善實驗者再造動物的空間定向的能力。例如，在縱向成像 研究中使用的動物被裝載到成像系統(tǒng)中，并且被第一次固定、第一次成像、從成像系統(tǒng)卸 下、裝載到成像系統(tǒng)中并且至少被第二次固定，以及至少被第二次成像，從而產生第一次圖 像組和至少第二次圖像組。如果動物相對于成像系統(tǒng)的空間定向，例如動物的頭尾向旋轉 角，在第一次和所述至少第二次之間不同，則與第一次圖像組相比，所述至少第二次圖像組 可受到在空間定向上的差異的影響。與第一次的多模式分子圖像組相比，該差異可導致假 象，例如分子信號的相對衰減或增強。類似地，該差異可導致的結果是，第一次圖像組以及 所述至少第二次圖像組將不被配準，從而將由簡單的關注區(qū)域分析提供的定量降級，在所述分析中，單個關注區(qū)域模板被應用于第一次圖像組和所述至少第二次圖像組。例如，當多個動物被用在成像研究中，并被裝載到成像系統(tǒng)中以及被固定，從而可 在成像系統(tǒng)的視場內給定的空間位置連續(xù)地執(zhí)行裝載和固定，或者可以跨越成像系統(tǒng)的視 場內的多個空間位置而并行地執(zhí)行裝載和固定時，動物的空間定向，例如頭尾向旋轉角，可 在所述多個動物之間不同，使得對于每個動物的每組圖像都可受到空間定向方面差異的影 響，從而導致假象，例如相比于另一組圖像在一組圖像中的分子信號的相對衰弱或增強。如果動物在視場內的給定空間位置被連續(xù)地裝載，那么由于多個動物的空間定向 的差異，例如頭尾向旋轉角的差異，各組圖像在所述多個動物之間可能不被配準，從而將由 簡單的關注區(qū)域分析提供的定量降級，在所述分析中，單個關注區(qū)域模板被應用到對應于 所述多個動物的各組圖像。如果動物被跨越成像系統(tǒng)的視場內的多個空間位置并行地裝載，那么由于動物在 其位置的空間定向方面的差異(例如動物頭尾向旋轉角)，為一個動物所限定的關注區(qū)域 由于動物的空間位置之間的簡單差異而可以不空間地轉移到其他的動物，從而將簡單的關 注區(qū)域分析提供的定量降級，在所述分析中，陣列狀的關注區(qū)域模板(也就是，跨越視場的 一組關注區(qū)域的多個拷貝)被應用到圖像組。盡管成像系統(tǒng)已知能夠使用視角被更精確控制的固定照相機系統(tǒng)獲得動物的多 個視圖，但是這些成像系統(tǒng)都不能夠提供將躺著的動物直接固定到支撐件上的全部優(yōu)點。 將對象向下捆綁在角度可調的測角器臺上并從上方進行成像被描述了在J. Virostko等人 的發(fā)表在《Molecular Imaging (分子成像)》第3卷第4期第333到342頁(2004) ‘‘ Factors Influencing Quantification of In Vivo Bioluminescence Imaging-Application to Assessment of Pancreatic Islet Transplants (景i響活體內生物熒光成像的量化的因 素應用到郎格罕氏島移民的評價)"中。將動物懸置在夾緊到旋轉臺上的支持器中被 描述在Wang等人的美國專利申請No. 10/791，140，公開號US2004/0M9260的〃 Systems and Methods for Bioluminescent Computed Tomographic Reconstruction (用于生 物熒光的所計算的層析重建的系統(tǒng)和方法)“中。在下面的文獻中描述了將對象布置 在方寵轉管中“Systems and methods for Visualizing Three-dimensional Tumor Locations and shape from Two-dimensional Bioluminescence Images (用于從二 維生物熒光圖像中觀察三維腫瘤位置和形狀的系統(tǒng)和方法)〃，D.Metaxas等人的美 國臨時專利申請 No. 60/715，610，公開號 W0/2007/03^40 ；以及〃 Design of a Small Animal Multimodality Tomographer for X-Ray and Optical Coupling Theory and Experiments (適于X射線和光耦合的小動物多模式層析X射線攝影機的設計理論與實 驗)"，da Silva 等人，Nuclear Instruments andMethods in Physics Research A(物 理研究中的核裝置和方法Α)，第571卷，第1-2期，第118-121頁Q007)。在下面的文獻 中描述了采用旋轉鏡子和移動對象臺“Multi-view imaging apparatus (多視圖成像 裝置)"，D. Nilson等人，美國專利No. 7，113，217。在下面的文獻中描述了采用圍繞對象 的一部分以將附加視圖引導到照相機系統(tǒng)的多鏡子組件“systems and methods for in-vivo optical imaging and measurements (用于非活體的光學成像和測量的系統(tǒng)和方 法)〃 ,R. Levenson 和 C. Hoyt，美國專利申請 No. 11/295, 701，公開號 US2006/0118742。盡管在上面提及的文獻和專利中所描述的類型的系統(tǒng)可實現(xiàn)某些優(yōu)點，但是這些系統(tǒng)中的每一個都還表現(xiàn)出下列缺點中的一個或多個?？烧{節(jié)臺具有受限的角度范圍，從 而限制了視角的范圍。動物支持器阻礙了一些視角的視圖。人類實驗者對動物周圍的直接 環(huán)境的訪問受到限制。需要對動物的顯著操作來將其向下捆綁從而防止在可調節(jié)臺上滑 動，來將其以期望的姿勢懸置在支持器中或裝入管中。沒有提供用作焦平面的參照的實體 表面。沒有提供用于熒光屏的最近位置的表面。動物不是躺著的，所以其承受顯著的生理 應力。成像光路徑對于每個視角是不同的，從而需要復雜、昂貴的部件以限定成像光路徑。 多鏡子組件具有有限的、不連續(xù)的角度范圍，從而限制了視角的范圍。成像系統(tǒng)還被已知能夠獲得動物的多個視圖，并包括一個或多個透鏡及照相機 系統(tǒng)，該透鏡及照相機系統(tǒng)安裝在可繞動物旋轉的門架上。例如，參見V. Ntziachristos 和J. Ripoll的美國專利申請?zhí)?0Λ43，728，以及美國專利申請公開號2006/01733M 白勺〃 Method and system for free space optical tomography of diffuse media (對 于擴散介質的自由間隔的光學層析成像的方法和系統(tǒng))“；以及W. Yared，美國專利申請?zhí)?11/643，758 以及美國專利申請公開號 2007/0238957 的〃 Combined X-ray and Optical Tomographic Imaging System(將X射線和光學接合的層析成像系統(tǒng))"。然而，與對于共 用于所有視角和所有成像模式的單個、固定的成像光路徑相比，這種系統(tǒng)顯然更復雜和昂貴。另外，光聲層析成像系統(tǒng)已知用于能夠實現(xiàn)動物例如小鼠的光聲層析成像。示 范性光聲層析成像系統(tǒng)描述在Kruger等人，Proc. SPIE，第7177、71770F卷Q009) 的〃 HYPR-spectral photoacoustic CT for preclinical imaging(用于臨床圖像的 HYPR-光譜的光聲CT)"中。該系統(tǒng)由設置在碗狀物中的一系列超聲傳感器組成。該碗狀 物在底部具有光學透明窗。在操作中，該碗狀物裝滿有光學透明的聲耦合介質，例如液體或 凝膠，光學透明膜布置在聲耦合介質的頂表面處，該動物是固定的并且以躺著的姿勢被放 在所述膜上，通過窗口提供脈沖光給動物，該光被動物內的內生和/或外生材料所吸收，材 料以超聲形式將能量釋放，該超聲由所述一系列傳感器所檢測，并且電子系統(tǒng)基于所檢測 的超聲進行層析重建。因為光的透入深度由于在動物內的吸收和散射而受到限制，所以理 想的是，能夠以多種姿勢放置動物，以觸及動物的各種解剖特征。在已知的光聲層析成像系 統(tǒng)中，動物可被手動地繞著它們的頭尾向軸旋轉，以便提供不同的視角。然而，將躺著的動 物直接固定到膜上是不利的，因為在已知的光聲層析成像系統(tǒng)中，缺少精確控制動物的頭 尾向旋轉角以及因此缺少精確控制視角(例如以+/到5度內的精度)的裝置。改進的視 角控制將改善實驗者量化光聲數據的能力。例如，取決于組織深度進而取決于動物姿勢的 光聲校準可被更精確地確定。同樣，在精確已知視角的情況下，來自一系列不同視角的不同 的光聲層析成像部分可以被精確地縫合在一起。

發(fā)明內容
本發(fā)明不僅提供了之前所描述的用將動物以躺著的姿勢直接固定到光學透明的 平面支撐件上以及從上面、下面或者任何適當的角度成像被固定不動的動物的所有優(yōu)點； 而且還提供了用于調整頭尾向旋轉角以及視角的獨特特征。根據本發(fā)明的裝置對于成像具有頭尾向軸的動物是有用的。所述裝置可包括用 于將這種動物支撐在位的細長構件，其中該動物的頭尾向軸橫向于細長構件的延長軸；用于將細長構件形成到向上開口的U形環(huán)中的裝置，該環(huán)的尺寸設置為容納并接合(engage) 該動物；用于在保持U形環(huán)的同時使支撐構件在所述延長軸的方向運動的裝置，由此支撐 構件的運動將扭轉施加到該動物，使該動物繞其頭尾向軸旋轉；以及用于在多種頭尾向旋 轉角度對該動物進行成像的裝置。可從上面、下面或者任何適當的角度進行成像。根據本發(fā)明的方法對于對具有頭尾向軸的動物進行成像是有用的。該方法可包括 以下步驟提供具有延長軸和縱向延伸的邊緣的細長構件；將細長構件形成在向上開口的 U形環(huán)中，該環(huán)的尺寸設置為容納并接合該動物；將動物以頭尾向軸橫向于延長軸的方式 支撐在U形環(huán)中；在保持U形環(huán)的同時使支撐構件順次在延長軸的方向上移動，從而將扭轉 施加給動物，使得該動物繞其頭尾向軸旋轉到各種角度；以及在各種頭尾向旋轉角度對動 物進行成像?？蓮纳厦?、下面或者任何適當的角度進行成像。


如附圖所示，本發(fā)明的前述和其他的目的、特征以及優(yōu)點將根據對本發(fā)明實施例 的以下更詳細的描述而明顯。附圖的元件并不一定是彼此按比例繪制的。圖IA示出了已知電子成像系統(tǒng)的透視圖，該系統(tǒng)包括可移除的高分辨率熒光屏。圖IB示出了圖IA的成像系統(tǒng)的概略的側視圖。圖IC示出了圖IA的成像系統(tǒng)的概略的前視圖。圖ID示出了圖IA的成像系統(tǒng)的詳細的透視圖。圖2A示出了根據本發(fā)明的電子成像系統(tǒng)的透視圖，該電子成像系統(tǒng)具有活動的 高分辨率熒光屏以及用于動物的扭轉支撐裝置。圖2B示出了圖2A的成像系統(tǒng)的放大的片斷透視圖。圖3A示出了在安裝支撐膜之前的圖2的扭轉支撐裝置的透視、片斷視圖。圖;3B示出了在安裝支撐膜之前的沿著圖3A的線到所取的扭轉支撐裝置的 概略的前視、截面視圖。圖3C示出了展開狀態(tài)的支撐膜的概略視圖。圖3D示出了安裝支撐膜期間的圖2A的扭轉支撐裝置的概略的前視、截面視圖。圖3E示出了安裝支撐膜期間的圖2A的扭轉支撐裝置的概略的前視、截面視圖。圖3F示出了安裝支撐膜期間的圖2A的扭轉支撐裝置的概略的前視、截面視圖。圖3G示出了安裝支撐膜期間的圖2A的扭轉支撐裝置的概略的前視、截面視圖。圖:3H示出了在安裝支撐膜之后的圖2A的扭轉支撐裝置的透視、片斷視圖。圖4示出了裝載動物期間的圖2A的扭轉支撐裝置的從上面看的透視圖。圖5A示出了圖2A的扭轉支撐件裝置以及可移除高分辨率熒光屏的透視圖，其中 動物以俯臥的姿勢躺著。圖5B示出了圖2A的扭轉支撐裝置的從上面看的視圖，其中動物以俯臥的姿勢躺圖5C示出了圖2A的扭轉支撐裝置的從后面看的透、片斷視圖，其中動物是以俯臥 的姿勢躺著。圖5D示出了圖2A的扭轉支撐裝置的概略的后視、截面圖，其中動物以俯臥的姿勢 身尚著。
圖5E示出了圖2A的扭轉支撐裝置的從下看的視圖，其中動物以俯臥的姿勢躺著。圖6A示出了根據本發(fā)明的方法的用于動物的頭尾向旋轉的整個流程圖。圖6B示出了根據本發(fā)明的方法的流程圖。圖6C示出了根據本發(fā)明的方法的流程圖。圖7A示出了圖2A的扭轉支撐裝置以及可移除高分辨率熒光屏的概略的后視圖， 其中動物已經過頭尾向旋轉變?yōu)楦┡P姿勢，該高分辨熒光屏已被移除，并且正在使用光學 成像模式對動物進行成像。圖7B示出了圖2A的扭轉支撐裝置以及可移除高分辨率熒光屏的概略的后視圖， 其中動物已經過頭尾向旋轉變?yōu)楦┡P姿勢，該高分辨熒光屏已經安裝，并且使用X射線成 像模式對動物進行成像。圖8A示出了圖2A的扭轉支撐裝置的從前面的透視圖，其中動物已經歷頭尾向旋 轉變?yōu)閮A斜躺著的姿勢。圖8B示出了圖2A的扭轉支撐裝置的從下面看的視圖，其中動物經歷頭尾向旋轉 變?yōu)閮A斜躺著的姿勢。圖8C示出了圖2A的扭轉支撐裝置以及可移除高分辨率熒光屏的概略的后視圖， 其中動物已經過頭尾向旋轉變?yōu)閮A斜躺著的姿勢，該高分辨熒光屏已經被移除，并且使用 光學成像模式對動物進行成像。圖8D示出了圖2A的扭轉支撐裝置以及可移除高分辨率熒光屏的概略的后視圖， 其中動物已經過頭尾向旋轉變?yōu)閮A斜躺著的姿勢，該高分辨熒光屏已經安裝，并且正使用X 射線成像模式對動物進行成像。圖9A示出了圖2A的扭轉支撐裝置的從前面的透視圖，其中動物已經歷頭尾向旋 轉變?yōu)闄M向躺著的姿勢。圖9B示出了圖2A的扭轉支撐裝置的從下面看的視圖，其中動物已經歷頭尾向旋 轉變?yōu)闄M向躺著的姿勢。圖9C示出了圖2A的扭轉支撐裝置以及可移除高分辨率熒光屏的概略的后視圖， 其中動物已經過頭尾向旋轉變?yōu)闄M向躺著的姿勢，該高分辨熒光屏已經被移除，并且正使 用光學成像模式對動物進行成像。圖9D示出了圖2A的扭轉支撐裝置以及可移除高分辨率熒光屏的概略的后視圖， 其中動物已經過頭尾向旋轉變?yōu)闄M向躺著的姿勢，該高分辨熒光屏已經安裝，并且正使用X 射線成像模式對動物進行成像。圖10示出了各種姿勢下小鼠的六對圖像，其中每對圖像均包括X射線圖像和熒光 圖像，所述各種姿勢是通過圖2A的扭轉支撐裝置的頭尾向旋轉而獲得的。圖11示出了根據本發(fā)明的方法的用于多個動物的頭尾向旋轉的流程圖。圖12A示出了根據本發(fā)明的多個扭轉支撐裝置的概略的后視圖。圖12B示出了圖12A的多個扭轉支撐裝置以及可移除高分辨率熒光屏的概略的后 視圖，其中熒光屏已經被移除，并且正使用光學成像模式對動物進行成像。圖12C示出了圖12A的多個扭轉支撐裝置以及可移除高分辨率熒光屏的概略的后 視圖，其中高分辨率熒光屏已經安裝，并且正使用X射線成像模式對動物進行成像。圖13A示出了根據本發(fā)明的另一種多個扭轉支撐裝置的透視圖。
圖13B示出了圖13A的多個扭轉支撐裝置的另一透視圖。圖13C示出了圖13A的多個扭轉支撐裝置的透視圖，其中正使用X射線成像模式 對動物進行成像。
具體實施例方式現(xiàn)在將特別參考本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但將被理解的 是，可在本發(fā)明的精神和范圍內進行變型和修改。下列是參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例 的詳細描述，附圖中相同的附圖標記在多個附圖中的每一個中表示相同結構的元件。圖2A和2B示出了電子成像系統(tǒng)10，其包括可移除的高分辨率熒光屏32，例如在 之前提及的Vizard等人的申請中所描述的，但是根據本發(fā)明，其被構造有位于樣本環(huán)境14 內部的扭轉支撐裝置300?？商娲?，可使用高靈敏度的熒光屏或多個平板熒光屏，例如在 之前提及的i^eke等人的申請中所描述的。本領域技術人員將理解，系統(tǒng)10可在不脫離本發(fā) 明的情況下被重新構建，以從動物的上面成像或者從任何適當角度成像。扭轉支撐裝置300 包括細長的、光學透明的柔性支撐構件或膜302，該支撐構件或膜被機械地限制在向上開口 的U形環(huán)304中，如圖3G所示。膜302具有延長軸以及縱向延伸的邊緣3(^a、302b，如圖3C 所示。躺著的動物306，例如小鼠，被放置并限制在環(huán)304的底部。吸入麻醉，例如異氟烷， 可被用來固定動物306，并且可從系統(tǒng)10外側的氣缸通過軟管308a被傳送到動物，該軟管 在一端附接到樣本環(huán)境14的壁中的氣體開口 310a，并在其另一端附接到扭轉支撐裝置300 上的軟管倒鉤31加?？商娲?，動物可通過例如開他敏的可注射麻醉而被固定。另外，暖 空氣可從系統(tǒng)10外的泵通過軟管308b輸送以保持動對象溫度，該軟管在一端附接到樣本 環(huán)境14的壁中的氣體開口 310b，而在另一端附接到扭轉支撐裝置300上的軟管倒鉤312b。 此外，氣體可由系統(tǒng)10外的泵通過軟管308c排空，該軟管在一端附接到樣本環(huán)境14的壁 中的氣體開口 310c，而在另一端附接到扭轉支撐裝置300上的軟管倒鉤312c。正如將更詳 細描述的那樣，扭轉支撐裝置300包括帶傳動314，如圖3H所示，帶傳動314是可如圖5C中 的箭頭316所指示地那樣旋轉的，以使柔性支撐膜302向前或向后移動，同時保持環(huán)304并 旋轉動物306。帶傳動314可由通信及計算機控制系統(tǒng)沈施加命令。柔性支撐膜302從而 將扭轉施加到環(huán)304內的動物306上，這導致了動物306經歷頭尾向旋轉，正如箭頭318所 示的那樣。圖3A到3H示出了將柔性支撐膜302安裝到扭轉支撐裝置300中。圖3A和;3B示出 了在安裝柔性支撐膜302之前的扭轉支撐裝置300。傳動軸320A、320B等長，該長度可選擇 為近似等于或者稍大于(但不能小于)動物306的長度(不包括其尾巴的長度)。例如，有 20到25克的質量的小鼠具有大約100毫米的長度(不包括尾巴)，所以傳動軸320A、320B 的長度被選擇為100毫米。傳動軸320A、320B在一端被安裝在后部軸承架324中，并且在 另一端被安裝在前部軸承架326中。后部軸承架324以及前部軸承架3 通過底板3 被 剛性地機械聯(lián)接，穿過該底板切有窗口 330。后部轂332和后部導架334被布置在后部軸承 架324中，正如圖3H所示。前部轂336和前部導架338被布置在前部軸承架326中。后部 轂332和前部轂336是圓柱形的并且具有相等的外徑以及相等的外周長。后部轂332和前 部轂336的外周長被選擇為接近動物306的周長。例如，具有20到25克的質量的小鼠有 大約90毫米的周長，從而后部轂332和前部轂336的周長被選擇為90毫米。例如，當使用如下關于圖3C所述的支撐膜302時，具有17到48克重量的小鼠被具有大約四毫米的直 徑的轂332、336所容納，而在小鼠的旋轉期間基本上沒有滑動。直徑大約為32毫米的轂容 納具有大約23到48克重量的小鼠。直徑大約為35毫米的轂容納具有大約48克重量的小 鼠。本領域技術人員將理解到，不同直徑的轂可以互換使用而不脫離本發(fā)明的范圍。傳動 軸320A、320B分別被相對于后部轂332和前部轂336水平放置，如圖所示，使得每個傳動 軸的圓周分別相切于假想的豎直平面340A、340B，豎直平面340A、340B分別相對地相切于 后部轂和前部轂332和336的一側或另一側。傳動軸320A、320B被豎直放置在底板328的 上方，使得它們足夠高以避免阻斷以例如45度的角度從下方穿過窗口 330投影到動物306 腹部的半周長上的照明，而足夠低以布置在樣本環(huán)境的吊頂下方。傳動軸320A、320B相對 于底板328的豎直位置可以相等或可以不相等。后部轂332包括中心通道，該中心通道被 切除以在其上側開口，從而允許動物的尾巴被穿過。前部轂336包括中心通道，以允許吸入 麻醉流過。后部導架334和前部導架338具有相同直徑的彎曲表面，從而在后部轂332和 前部轂336之間分別提供相等的U形間隙，其中該U形向上開口。間隙的尺寸被選擇為稍 微大于柔性支撐膜302的厚度，例如為其兩倍。后部轂332、前部轂336、后部導架334的彎 曲表面以及前部導架338的彎曲表面是同軸的。傳動軸320A、320B，后部軸承架324，后部 轂332、后部導架334、前部軸承架326、前部轂336、前部導架338以及底板3 可由任何剛 性材料制成，該剛性材料例如為硬金屬、硬塑料、木材等，其剛性足夠向裝置提供機械完整 性(mechanical integrity)。圖3C示出了展開狀態(tài)的光學透明的柔性支撐膜302。柔性支撐膜302的寬度近似 等于或稍微小于(但不能大于)傳動軸320A、320B的長度。柔性支撐膜302的長度被選擇 為足以在所期望的角度范圍內提供動物306的頭尾向旋轉。例如，對于具有20到25克重 量、因此90毫米周長的小鼠，在期望360度的角度范圍的地方，柔性支撐件膜302的長度被 選擇為90毫米和實現(xiàn)連接到傳動軸320A、320B所必需的額外長度之和。由此，頭尾向旋轉 角的范圍以及視角的范圍不受限制并且是連續(xù)的。柔性支撐膜302足夠薄并且由足夠柔性 的材料制成，使得傳動軸320A、320B、后部轂和前部轂332和336的半徑中的最小彎曲半徑 大于取決于膜的厚度和材料的柔性支撐膜302的最小彎曲半徑。柔性支撐件膜302優(yōu)選地 還具有可忽略的熒光。柔性支撐件膜還優(yōu)選地是可使用普通的清潔劑而清潔干凈的，該清 洗劑例如為洗滌劑的水溶液。用于柔性支撐膜302的適用材料的例子是光學透明的聚碳酸酯，其具有0. 1到 0.25毫米范圍內的厚度。例如，適當的膜是Bayer的Makrofol Del_l，其具有0. 005英寸 厚并在兩側拋光。這種膜具有足以在膜被以之前所討論的轂的直徑和小鼠重量使用時基本 上避免滑動的摩擦系數。本領域技術人員應當理解，也可以使用其他光學透明的膜而不脫 離本發(fā)明的范圍。已經發(fā)現(xiàn)在市場上已知的honor膜的環(huán)烯高分子膜也是適合的。聚酯 膜也預期能夠使用。聚碳酸酯和環(huán)烯高分子膜由于其低熒光性而是優(yōu)選的。已經發(fā)現(xiàn)具有 0. 005英寸到0. 010英寸范圍內的厚度的膜可用。稍微在該范圍外的厚度同樣工作良好，這 取決于材料的最小彎曲半徑。膜應當具有小于或等于轂直徑和軸直徑中較小一個的最小彎 曲半徑，并且軸直徑總是根據需要被增大到與轂直徑一樣大。本領域技術人員應當理解，具 有穿孔式樣或者由篩網或織物形成的支撐膜或元件也可使用而不脫離本發(fā)明的范圍，盡管 支撐件中的這種宏觀結構可稍微干涉光學及X射線成像。
圖3D、3E、3F示出了柔性支撐膜302的安裝。如圖3D所示，柔性支撐膜302首先附 接到傳動軸320A，例如通過膠帶附接，該膠帶優(yōu)選為具有可忽略的熒光的黑色，并且柔性支 撐膜302卷繞到傳動軸320A上。柔性支撐件膜302然后通過傳動軸320A的旋轉而被展開， 如箭頭342A所示，使得柔性支撐件膜302的自由端與假想的豎直平面340A大約共面，并且 指向前部轂336與前部導架338之間的間隙(如圖3D所示)以及后部轂332與后部導架 334之間的間隙(如圖;3H所示)。如圖3E所示，柔性支撐膜302接下來穿過剛剛描述的間 隙纏繞，從而將柔性支撐膜302機械地限制在向上開口的U形環(huán)304中。如圖3F所示，柔 性支撐膜302接下來例如通過優(yōu)選為具有可忽略的熒光的黑色的膠帶連接到傳動軸320B， 并且柔性支撐膜302通過兩個傳動軸320A、320B的共同旋轉而卷繞到傳動軸320B上，如箭 頭342A和342B所示。如圖3G所示，柔性支撐件膜302的任何松弛均可通過傳動軸320A、 320B的反向旋轉而被消除，如箭頭342C和342D所示。圖3H示出了在膜安裝的最終步驟的扭轉支撐裝置300。傳動軸320A、320B示出為 分別被作為軸插入到滑輪344和346中，這些滑輪是帶傳動314中的部件，該帶傳動還包括 傳動滑輪348和傳動帶350。滑輪348被機械地聯(lián)接到步進電機352的軸，該電機352布置 在后部軸承架324的相反側上，如圖3A所示。滑輪344包括緊定螺釘356。在柔性支撐膜 302中的松弛被消除之后，緊定螺釘356被固定到傳動軸320A中，從而將傳動軸320A機械 地聯(lián)接到滑輪344。由此，柔性支撐件膜302緊緊地纏繞在扭轉支撐裝置300中，以限定U 形環(huán)304。U形環(huán)304的圓底具有等于轂332和334的外徑的內徑，并且與轂332和334同 軸ο圖4示出了裝載動物306期間的扭轉支撐件裝置300。當動物306處于例如可注 射麻醉或者通過最近曝光的吸入麻醉的麻醉效果之下時，人類實驗者將動物306降低到U 形環(huán)304中，如箭頭364所示。動物306的鼻子被插入到前部可膨脹管節(jié)368的開口端中， 以實現(xiàn)給予從軟管308a流動的麻醉，并且穩(wěn)定動物306的縱向位置。動物306的尾部可延 伸穿過后部軸承架324以及后部轂332中的切口 360。由此，人類實驗者能夠從上方接觸動 物306。例如，實驗者可對動物306例如通過注入、口部填喂、吸入、經直腸輸送、經皮膚輸 送、或者經黏膜輸送來進行對物質的親密輸送，該物質例如藥、光學熒光顯像劑、X射線造影 劑或放射性核素顯像劑，其中理想的是在輸送物質之前和之后捕捉動物306的圖像而在基 本上沒有在身體上干擾電子成像系統(tǒng)10中的動物306，并且這尤其在研究顯像劑或造影劑 的灌注和清除時或研究藥物隨時間的治療反應時，是特別理想的。人類實驗者可接觸動物 306周圍的直接環(huán)境，例如當期望對殘留物的直接環(huán)境進行清潔時，該殘留物包括動物尿、 屎或可能引起成像假象的表面碎片。對動物306僅需最少的操作來將其以期望的姿勢放置 在電子成像系統(tǒng)10中，從而有助于對于人類實驗者的人機工程協(xié)議。躺著的姿勢被用于最 小化動物306上的生理應力。圖5A-5E示出了扭轉支撐裝置300以及可移除高分辨率熒光屏32，其中動物306 以俯臥的姿勢躺著。前部延伸的管節(jié)368從前部轂336的中空內部開始延伸。吸入麻醉示 出為通過軟管倒鉤31 輸送，然后進入前部軸承架326內，最終進入前部可膨脹管節(jié)368 內，從而前部可膨脹管節(jié)368被充分膨脹，以延伸到動物306的頭部。市場上可買到的適于 前部可膨脹管節(jié)的材料的例子是，GlobalMed Inc所提供的15mm內徑的具有3 1壓縮/ 膨脹比的可膨脹管。可替代地，可使用可注射的麻醉。
動物306的頭尾向軸大體與U形環(huán)304的圓底同軸。因為柔性支撐件膜302由轂 332和336機械地限制，所以U形環(huán)304的圓底的半圓周大約等于動物306的半周長，從而 躺著的動物306大約遍及動物的半周長而接觸柔性支撐膜302。通信或計算機控制系統(tǒng)沈 控制步進電機352，以使滑輪348的旋轉，如箭頭316所示，從而操作帶傳動314并使滑輪 344和346旋轉。因為滑輪344和346分別機械地聯(lián)接到傳動軸320A、320B，所以導致傳動 軸320A、320B旋轉，如箭頭342E、342F所示。因為柔性支撐膜302附接到傳動軸320A、320B 并且緊緊地纏繞，所以導致柔性支撐膜302移動穿過由柔性支撐膜302的機械限制所限定 的U形環(huán)304。因為動物306大約遍及其半周接觸U形環(huán)304，所以柔性支撐膜302的運動 施加扭轉給動物306，從而導致動物306經歷頭尾向旋轉，如箭頭318所示。圖6A-6C示出了根據本發(fā)明的方法的流程圖。圖6A示出了用于動物306的頭尾 向旋轉的總體流程圖。首先，如前所述，動物306布置在U形環(huán)304中。然后，在步驟400 中，動物通過扭轉支撐裝置300以第一期望頭尾向旋轉角被放置。接下來，在步驟410A中， 電子成像系統(tǒng)10執(zhí)行捕捉序列。接下來，在步驟420中，動物306通過扭轉支撐件裝置300 以第二期望頭尾向旋轉角被放置。接下來，在步驟410B中，電子成像系統(tǒng)10執(zhí)行另一個捕 捉序列。接下來，在步驟440中，動物306通過扭轉支撐裝置300被以第三期望頭尾向旋轉 角放置。接下來，在步驟410C中，電子成像系統(tǒng)10執(zhí)行另一個捕捉序列。動物306通過扭 轉支撐裝置300被以所期望的許多不同的頭尾向旋轉角放置，并且電子成像系統(tǒng)10對于每 個頭尾向旋轉角執(zhí)行捕捉序列，直到在步驟460中動物306通過扭轉支撐裝置300被以最 后的頭尾向旋轉角放置；以及在步驟410D中電子成像系統(tǒng)10執(zhí)行最后的捕捉序列。不同 頭尾向旋轉角在旋轉范圍內的分布可以是周期的或者隨機的。在連續(xù)角度之間的旋轉方向 可以是不變的，無論是順時針方向或是逆時針方向，或者是隨機的。圖6B示出了對于步驟410A、410B、410C、410D的流程圖的優(yōu)選實施例。第一，在步 驟412中電子成像系統(tǒng)10捕捉多模式分子圖像組。分子成像模式可包括如熒光和發(fā)光模 式的光學成像模式，以及放射性同位素成像模式，由此應用對于高靈敏度優(yōu)化的第二熒光 屏或面板是優(yōu)選的。第二，在步驟414中高分辨率熒光屏32被移動到動物306下方的位置 中。第三，在步驟416中，電子成像系統(tǒng)10捕捉X射線解剖圖像。最后，在步驟418中高分 辨率熒光屏32從動物306下方移除?？商娲兀襟E410A、410B、410C、和410D可排除步 驟414、416和418，而僅僅包括步驟412?？商娲?，高分辨率熒光屏可固定在動物306下 方的適當位置，并且步驟410A、410B、410C和410D可排除步驟412、414和418，而僅僅包括 步驟416。圖6C示出了步驟412的流程圖。首先，在步驟470中，配置電子成像系統(tǒng)10用 于第一分子圖像。接下來，在步驟472A中電子成像系統(tǒng)10捕捉圖像。接下來，在步驟474 中配置電子成像系統(tǒng)10用于第二分子圖像。接下來，在步驟472B中電子成像系統(tǒng)10捕捉 另一圖像。接下來，在步驟476中配置電子成像系統(tǒng)10用于第三分子圖像。接下來，在步 驟472C中電子成像系統(tǒng)10捕捉另一圖像。電子成像系統(tǒng)10配置用于并捕捉所期望的多 個不同的分子圖像，直到在步驟478中電子成像系統(tǒng)10配置用于最后的分子圖像以及在步 驟472D中捕捉最后的圖像。電子成像系統(tǒng)10的不同配置可涉及選擇不同的激發(fā)和發(fā)射波 長，轉換照明開或者關，以及安裝或移除用于放射性同位素成像的第二高分辨率熒光屏或 面板。
圖7A、7B示出了在步驟400和410A期間的扭轉支撐裝置300和可移除高分辨率 熒光屏32。扭轉支撐裝置300水平方放置在微焦X射線源觀的直接下方。圖7A示出了 扭轉支撐裝置300以及可移除高分辨率熒光屏32，其中在步驟400期間動物306經歷頭尾 向旋轉變?yōu)楦┡P的姿勢，高分辨率熒光屏32并沒有在動物306下方被移動，并且動物306 的分子圖像組在步驟412中正被配置用于比如為示意的熒光模式的光學分子成像模式的 電子成像系統(tǒng)10捕捉。三個不同波長的激發(fā)光505A、505B、505C在表面照明配置中通過光 纖18順序地被投射到在動物306的腹部的半周長上，遍及其整個長度，用于配置步驟470、 474、476?？商娲?，激發(fā)光可以未被示出的貫穿照明(trans-illumination)配置被提供 到動物的脊半周長上，遍及其整個長度?？商娲挠糜谔峁┘ぐl(fā)光的裝置包括但并不限于 激光掃描和結構化照明，例如在之前提到的i^eke的申請中所公開的。發(fā)射光510A、510B、 510C熒光響應于勵磁光505A、505B、505C而從動物306上被發(fā)射，并且被電子成像系統(tǒng)10 在捕捉步驟472A、472B、472C中捕捉。透鏡及照相機系統(tǒng)M聚焦在焦平面500上，該焦平 面是水平的并相切于U形環(huán)304的圓底。U形環(huán)304的圓底提供了用作透鏡及照相機系統(tǒng) 24的焦平面500的參考的實體表面，從而有助于捕捉清晰且易分辨的圖像。作為替代性的 示例，發(fā)射光510A、510B、510C可以是在沒有激發(fā)光的情況下來自動物306內部的發(fā)光。圖7B示出了在步驟414期間將可移除高分辨率熒光屏32已經被移動在動物306 下方時以及在步驟416中通過配置用于X射線模式的電子成像系統(tǒng)10正捕捉動物306的 X射線解剖用圖像時的扭轉支撐裝置300。高分辨率熒光片34與焦平面500共面。X射線 550由微焦X射線源觀朝著動物306發(fā)射，并取決于動物軟組織和骨組織的衰減而穿過動 物306。X射線550然后截取高分辨率熒光片34，該熒光片通過發(fā)射磷光性的可見光560而 響應，該可見光在捕捉步驟416中被電子成像系統(tǒng)10捕捉，其中透鏡及照相機系統(tǒng)M聚焦 在焦平面500上。由此，光學透明的柔性支撐膜302促進了多模式成像，因為高分辨率可移 除熒光屏32被放置的可靠近支撐件表面，具體說是切向于支撐件表面，從而為光學成像模 式(明視場模式、熒光模式和發(fā)光模式)以及需要熒光屏的成像模式(X射線模式和放射性 同位素模式)提供共同的焦平面500。共同的焦平面500是精確地配準來自光學成像模式 以及需要熒光屏的成像模式的重疊圖像所必需的。同樣，成像光路徑是固定的并且對于所 有視角和所有成像模式是共同的，從而提供簡單廉價的部件，具體說是壓板16、鏡子22以 及透鏡及照相機系統(tǒng)24，以限定成像光路徑。圖8A-8D示出了步驟420和410B期間的扭轉支撐裝置300和可移除高分辨率熒 光屏32，其中動物306經歷了從俯臥姿勢變?yōu)閮A斜躺著的姿勢的45度的頭尾向旋轉。在圖 8A、8B和8C中屏32從動物306下方移除，然后在圖8D中移動到動物306下方。如針對圖 7A、7B所示并所描述的相同的電子成像系統(tǒng)10的配置和相同的流程被應用在圖8A、8B、8C 和8D中。由于動物306的頭尾向旋轉，電子成像系統(tǒng)10通過成像發(fā)射光511A、511B、511C 捕捉動物306的不同的分子圖像組，并且通過成像磷光561捕捉動物306的不同的X射線 解剖圖像。圖9A-9D示出了在步驟440和410C期間的扭轉支撐裝置300和可移除高分辨率 熒光屏32，其中動物306經歷另外45度的頭尾向旋轉，從傾斜躺著的姿勢旋轉到橫向躺著 的姿勢。如針對圖7A、7B所示并所描述的相同的電子成像系統(tǒng)10的配置和相同的流程被 應用在圖9A、9B、9C和9D中。由于動物306的另外的頭尾向旋轉，電子成像系統(tǒng)10通過成像發(fā)射光512A、512B、512C捕捉動物306的不同的分子圖像組，并且通過成像磷光562捕捉 動物306的不同的X射線解剖圖像。動物306可經歷進一步的頭尾向旋轉步驟，并且電子 成像系統(tǒng)10可重復配置以根據需要捕捉動物306的分子圖像和X射線圖像，甚至通過仰臥 姿勢以及一直圍繞和恢復到俯臥姿勢。圖10示出了六對圖像，其中如圖所示，每對圖像均包括小鼠在各種姿勢下的上X 射線圖像和下熒光圖像，并且各種姿勢是通過扭轉支撐裝置300的頭尾向旋轉而獲得的。 在各對之間小鼠通過60度的頭尾向旋轉角而前進。X射線圖像清晰地示出了小鼠的頭尾向 旋轉。熒光圖像具有皮下注射的熒光顯像劑。由于本地的熒光顯像劑繞著小鼠的頭尾向軸 的旋轉，熒光圖像隨著頭尾向旋轉角的前進而變化。當本地的熒光顯像劑被旋轉到小鼠后 方的角度時，熒光顯像劑由于小鼠組織的光學吸收而從圖像上消失。因為信號取決于動物 表面與動物內部光所必須行進穿過的所分布的熒光/發(fā)光成分之間的組織的深度，并且組 織的深度取決于動物的姿勢，所以扭轉支撐裝置300所提供的對頭尾向旋轉角以及因此而 來的視角的精確控制增強了分子信號的定量。圖11示出了根據本發(fā)明的方法在圖12A中所示的用于多個動物706A、706B、706C 的頭尾向旋轉的流程圖。因為電子成像系統(tǒng)10具有足夠大的最大視場，以成像多個動物， 例如200毫米X 200毫米的最大視場，所以步驟400、420、440、和460可簡單地被步驟600、 620,640和660所代替，其中每個動物的頭尾向旋轉角是獨立控制的。圖12A-12C示出了根據本發(fā)明的多個扭轉支撐裝置700。多個扭轉支撐裝置700 包括三個獨立的扭轉支撐部分702A、702B、702C。中間扭轉支撐部分702B包括光學透明的 柔性支撐膜704B，并且示出為與扭轉支撐裝置330基本相同。中間扭轉支撐部分702B支撐 動物706B，并且被水平地放置在微焦X射線源28正下方。左、右扭轉支撐部分702A和702C 朝中間部分702B微微傾斜，以便不阻斷從微焦X射線源觀發(fā)射出的X射線與動物706A、 706C的直接視線。設置傳動軸708A、708B、708C、710A、710B和710C。左扭轉支撐部分702A 的傳動軸708A被放置在中間扭轉支撐部分702B的傳動軸710B的下方，而右扭轉支撐部分 702C的傳動軸710C被放置在中間扭轉支撐部分702B的傳動軸708B的上方，以便實現(xiàn)緊湊 的結構。光學透明的柔性支撐膜740A、740B和740C的圓底部全部切向于未在圖12A中示 出的焦平面500。未示出的獨立的步進電機由通信及計算機控制系統(tǒng)沈所獨立控制，并且 未示出的獨立的帶傳動使動物706A、706B、706C經歷如箭頭712A、712B、712C所標識的獨立 頭尾向旋轉。多個扭轉支撐裝置700的緊湊結構對于一些應用是理想的，因為它使得透鏡 及照相機系統(tǒng)26高倍放大，但依然包括視場內的全部多個動物706A、706B、706C，由此實現(xiàn) 分析動物模型理想的高成像分辨率。此外，透鏡及照相機系統(tǒng)26可以被增大，以根據期望 進一步放大中間扭轉支撐部分702B。圖12B示出了多個扭轉支撐裝置700和可移除高分辨率熒光屏32，其中動物 706A、706B、706C在步驟600期間經歷獨立的頭尾向旋轉變?yōu)楦┡P姿勢，高分辨率熒光屏32 未移動到動物706A、706B、706C下方，而動物706A、706B、706C的分子圖像組在步驟412中 通過配置用于光學分子成像模式(如所示的熒光模式)電子成像系統(tǒng)10所捕捉。三個不 同波長的激發(fā)光505A、505B、505C順序通過光纖18發(fā)射到動物706A、706B、706C的腹部半 周長上，覆蓋他們的整個長度，用于配置步驟470、474、476。發(fā)射光714A、714B、714C ;716A、 716B、716C ；和 718A、718B、718C 熒光響應于激發(fā)光 505A、505B、505C 分別從動物 706A、706B、706C被發(fā)射出，并在捕捉步驟472A、472B、472C中通過電子成像系統(tǒng)10捕捉，其中透 鏡及照相機系統(tǒng)M聚焦在焦平面500上。圖12C示出了在步驟414期間當可移除高分辨率熒光屏32被移動到動物706A、 706B.706C下方時以及當動物的X射線解剖圖像在步驟416中通過配置用于X射線模式的 電子成像系統(tǒng)10捕捉時的支撐裝置700。高分辨率熒光屏片34與焦平面500共面。X射 線550由微焦X射線源28朝著動物706A、706B、706C發(fā)射，并且取決于動物的軟組織和骨 組織的衰減而穿過動物。X射線550然后截取高分辨率熒光片34，熒光片34通過發(fā)射分別 用于動物706A、706B、706C的磷光性的可見光720、722、7M而響應。磷光性的可見光720、 722、7M在捕捉步驟416中被過電子成像系統(tǒng)10捕捉，其中透鏡及照相機系統(tǒng)M聚焦在焦 平面500上。動物706A、706B、706C可經歷進一步的獨立頭尾向旋轉步驟，并且電子成像系 統(tǒng)10可重復配置以捕捉所期望的動物分子圖像和X射線圖像，甚至通過仰臥姿勢以及一直 圍繞俯臥姿勢和恢復到俯臥姿勢。圖13A-13C示出了根據本發(fā)明的多個扭轉支撐裝置800。多個扭轉支撐裝置800 包括四個獨立的扭轉支撐部分802A、802B、802C、802D，每個部分均包括各自的光學透明的 柔性支撐膜804A、804B、804C、804D，這些膜以十字形布置，從而提供圍繞十字形中心的旋轉 對稱結構。本領域技術人員應當理解，可以在不拖離本發(fā)明的情況下包括附加的支撐部分。 在十字形的中心處布置單個前部多軸承架806，其被放置在微焦X射線源觀正下方，并且用 作將吸入麻醉輸送到全部四個部分的集管。與架806間隔開設置后部軸承架808A、808B、 808C、808D。底板810在前部多軸承架806與后部軸承架808A、808B、808C、808D之間提供 剛性機械聯(lián)接。窗口 812A、812B、812C、812D從底板810中切出。每個部分內部的第一和第 二傳動軸相對于彼此豎直偏置，以使得任何一個部分的第一傳動軸被布置在相鄰部分的最 接近的第二傳動軸上方，從而使得多個扭轉支撐裝置800的布置緊湊，也就是說，前部多軸 承架806具有小的覆蓋區(qū)域。多個扭轉支撐裝置800的旋轉對稱布置對于一些應用是理想 的，因為由動物與X射線源之間的距離決定的X射線成像的幾何放大是旋轉對稱的。本領域技術人員將理解到，通過本發(fā)明的裝置和方法獲取的圖像可被用到動物在 相應的成像模式下表現(xiàn)出的差異的層析重建中，所述模式例如為X射線模式、放射性同位 素模式，以及以光學成像模式，例如為明視場模式、熒光模式、發(fā)光模式。本領域技術人員將理解到，本發(fā)明的裝置和方法能夠應用于光聲模式，其中扭轉 支撐裝置300懸置在碗狀物的上方，一系列超聲傳感器布置在該碗狀物中，該盤在底部具 有光學透明的窗口，在操作中該盤填滿光學透明的聲耦合介質，例如液體或凝膠，與細長 的、光學透明的柔性支撐構件或膜302聲接觸，動物被固定并且被以躺著的姿勢布置在向 上開口的U形環(huán)304中，脈沖光被穿過窗口提供給動物，該光被動物內的內生和/或外生的 材料所吸收，該材料將能量釋放為超聲，該超聲通過該系列傳感器所檢測，并且電子系統(tǒng)基 于所檢測的超聲進行層析重建。因為光的穿透深度由動物內的吸收和散射所限制，所以以 各種姿勢來定位動物以獲取動物的各種解剖特性是通過改進的視角控制而改善而被按照 期望增強的，該改進視角的控制是通過提高了實驗者定量光聲數據的能力的本發(fā)明的裝置 和方法而實現(xiàn)。例如，取決于組織深度進而取決于動物的姿勢的光聲校準可被更精確地確 定。此外，來自一系列不同視角的不同光聲層析成像部分可與所給定的視角的精確知識精 確地結合在一起。
部件列表10電子成像系統(tǒng)12 光源14樣本環(huán)境16光學透明壓板18 光纖20光隔室22 鏡子24透鏡/照相機系統(tǒng)26通信/計算機控制系統(tǒng)28微焦X射線源30光學透明的平面動物支撐構件32高分辨率熒光屏34高分辨率熒光片36示出34、36的運動的箭頭38入口裝置或構件40動物(小鼠)42 箭頭300扭轉支撐裝置302細長的、光學透明的柔性支撐構件或膜302a、302b 302 的縱向邊緣304302的向上開口的U形環(huán)306304中躺著的動物308a、30mK308c 軟管310a、310b、310c 氣體開口312a、3Ub、312c 軟管倒鉤314帶傳動316 箭頭318 箭頭320A，320B 傳動軸3 后部軸承架3 前部軸承架3 底板330 窗口332后部轂3；34后部導架336前部轂338前部導架340AJ40B假想豎直平面
342A、;M2C、;M2E 示出 320A 旋轉的箭頭342B、;342D、342F 示出 320B 旋轉的箭頭344用于320A的滑輪346用于320B的滑輪348傳動滑輪350傳動帶352步進電機356用于；344的緊定螺釘360 切口364示出306移動到304中的箭頭368前部可膨脹管節(jié)400-478 方法步驟500焦平面505A、505B、505C 激發(fā)光510A、510B、510C 發(fā)射光511A、511B、511C 發(fā)射光512A、512B、512C 發(fā)射光550X 射線560磷光性的可見光561磷光性的可見光562磷光性的可見光600-660 方法步驟700多個動物扭轉支撐件裝置702A、702B、702C扭轉支撐件部分704A、704B、704C細長的、光學透明的柔性支撐構件或膜706A、706B、706C 動物708A、708B、708C 傳動軸710A、710B、710C 傳動軸712A、712B、712C 示出 706A、706B、706C 旋轉的箭頭714A、714B、714C 發(fā)射光716A、716B、716C 發(fā)射光718A、718B、718C 發(fā)射光720、722、7M磷光性的可見光800多個動物扭轉支撐裝置802A、802B、802C、802D 扭轉支撐部分804A、804B、804C、804D 支撐膜806前部多軸承架808A、808B、808C、808D 后部軸承架810 底板
812A、812B、812C、812D 窗口
權利要求
1.一種用于對具有頭尾向軸的動物進行成像的裝置，包括細長構件，其用于將所述動物支撐在位，其中所述動物的頭尾向軸橫向于所述細長構 件的延長軸；用于將所述細長構件形成在向上開口的U形環(huán)中的裝置，所述環(huán)的尺寸設置為容納并 接合所述動物；用于在保持所述U形環(huán)的同時使支撐構件在所述延長軸的方向運動的裝置，由此支撐 構件的運動將扭轉施加到所述動物，以使所述動物繞其頭尾向軸旋轉；以及用于在各種頭尾向旋轉角處對所述動物進行成像的裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述細長構件由光學透明、柔性膜制成。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，所述用于形成的裝置包括一對水平間隔開的平行的傳動軸，其在沿著所述延長軸間隔開的位置處被附接到所述 細長構件；以及用于引導所述細長構件的裝置，以在所述傳動軸之間形成所述U形環(huán)。
4.如權利要求3所示的裝置，其中，所述細長構件具有第一縱向延伸邊緣和第二縱向 延伸邊緣，并且所述用于引導的裝置包括一對導架，其中一個導架設置在每一個所述邊緣 上，用于形成所述U形環(huán)。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述U形環(huán)切向于所述用于進行成像的裝置的焦平
6.如權利要求4所述的裝置，其中，所述用于移動的裝置包括用于旋轉所述傳動軸的 傳動器。
7.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述導架中的每一個包括中心通道，還包括在一 個導架的中心通道的上側上的開口，用以容納所述動物的尾巴及前部可膨脹管節(jié)，所述前 部可膨脹管節(jié)延伸穿過另一個導架的中心通道，用以接合所述動物的頭部。
8.根據權利要求7的裝置，還包括用于將麻醉引入到所述前部可膨脹管節(jié)中以麻醉所 述動物的裝置。
9.根據權利要求3所示的裝置，還包括底板、位于所述底板上的用于支撐所述傳動軸 的安裝裝置、以及穿過所述底板的窗口，光或輻射可穿過所述窗口朝向所述用于成像的裝置。
10.根據權利要求9所述的裝置，還包括位于所述U形環(huán)上方的X射線源，以及熒光屏， 所述熒光屏在所述窗口下方可移動從而接收穿過所述U形環(huán)中的動物的輻射。
11.如權利要求1所述的裝置，其中有第一多個細長構件，相應的第二多個用于形成的 裝置以及相應的第三多個用于移動的裝置，由此可對相應的第四多個所述動物進行成像。
12.如權利要求11的裝置，其中，所述多個是并排布置的。
13.如權利要求11所述的裝置，其中，所述多個是圍繞共同的中心布置的。
14.一種用于對具有頭尾向軸的動物進行成像的方法，包括 提供具有延長軸和縱向延伸的邊緣的細長構件；將所述細長構件形成到向上開口的U形環(huán)中，所述環(huán)的尺寸設置為容納并接合所述動物；將所述動物以其頭尾向軸橫向于所述延長軸的方式支撐在所述U形環(huán)中；在保持所述U形環(huán)的同時使支撐構件在所述延長軸的方向順次運動，由此將扭轉施加 到所述動物，以使所述動物繞其頭尾向軸旋轉到各種角度；以及在各種頭尾向旋轉角度對所述動物進行成像。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述細長構件由光學透明、柔性膜形成。
16.如權利要求14所述的方法，其中，所述U形環(huán)切向于進行成像的焦平面。
17.如權利要求14所述的方法，還包括對被支撐在所述U形環(huán)中的動物進行麻醉。
18.如權利要求14所述的方法，還包括對所述縱向邊緣進行引導，以在所述細長構件 運動期間保持所述U形環(huán)。
19.如權利要求14所述的方法，其中，所述成像提供所述動物的X射線圖像。
20.如權利要求14所述的方法，其中，所述成像提供所述動物的放射性同位素圖像。
21.如權利要求14所述的方法，其中，所述成像提供所述動物的光學圖像。
22.如權利要求14所述的方法，其中，對于每個頭尾向旋轉角度，所述成像提供動物的 X射線圖像和光學圖像。
23.如權利要求14所述的方法，其中，對于每個頭尾向旋轉角度，所述成像提供動物的 放射性同位素圖像和光學圖像。
24.如權利要求14所述的方法，其中，對于每個頭尾向旋轉角度，所述成像提供動物的 X射線圖像和放射性同位素圖像。
25.如權利要求14所述的方法，其中，對于每個頭尾向旋轉角度，所述成像提供動物的 X射線圖像、放射性同位素圖像和光學圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開一種扭轉支撐裝置，其用于對測試動物的頭尾向旋轉，以實現(xiàn)多視圖成像。該動物被支撐在光學透明材料的U形環(huán)中，并且該環(huán)被移動以將扭轉施加到動物，從而使動物繞其頭尾向軸旋轉。還公開了一種使用扭轉支撐技術進行成像的方法。
文檔編號A61B6/02GK102065769SQ200980123082
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月3日 優(yōu)先權日2008年6月13日
發(fā)明者B·格爾德霍夫, G·費克, M·E·布里奇斯, P·勞, W·E·麥克勞林, W·M·利維 申請人:卡爾斯特里姆保健公司