SmarAct TotalAlign – 多模态成像平台

生物或医学研究中使用的成像技术，包括光学相干断层成像（OCT）、计算机断层成像（CT）、磁共振成像（MRI），以及包括 PET/CT 和 PET/MRI 在内的多模态应用，均基于不同的物理原理，用于可视化器官、骨骼和血管等解剖结构。尽管这些成像方法各有优势，但它们具有重要的共同特征，即非侵入性，并且仅伴随极小的副作用。

现代成像工作流程需要稳定的样品定位、一致的方向以及灵活的系统集成。特别是在多模态配置中，样品对准必须在不同测量步骤之间保持可靠，以确保高图像质量和可比性。同时，成像平台必须能够适应不同的样品几何形状，并满足应用特定的环境要求。

为满足这些需求，SmarAct 为成像系统中的样品以及光学和功能组件的对准与操作提供模块化定位方案。通过将单独配置的自由度与面向应用定制的平台配置和样品夹持器相结合，该系统可以适应广泛的成像任务。根据应用需求，该平台可配置为在常规环境条件以及（超）高真空、低温条件下运行，并可采用非磁性材料制造。

图 1 SmarAct TotalAlign – 多模态成像平台。a) 具有 6 个自由度的代表性 TotalAlign – 多模态成像平台系统；b) 突出显示示例自由度的 3D 模型：SR-17522C 旋转平台（1）、安装有 SLC-1730 线性平台的 SR-3211 旋转平台（2）、单个 SLC-1739 定位器（3）、SLC-24180 线性平台（4）和 SR-5714C（5）。

一个代表性示例是 SmarAct TotalAlign – 多模态成像平台（图 1a,b）。该系统设计用于容纳广泛的样品类型，并可适配多种成像方法。在图 1 所示配置中，两个复杂的定位平台在机械上彼此分离。通过这种架构，可实现高灵活性，因为样品可以独立对准，而其他工具或组件可以相对于样品进行定位。

工具操控子系统的基础平台是垂直安装的 SR-17522C 旋转定位器（1），总直径为 200 mm。该大直径旋转平台作为承载体，用于使组件围绕样品实现稳定的旋转运动。为了增加更多自由度，其他紧凑型定位轴被直接安装到该 SR-17522C 旋转平台上。在所示配置中，这些包括一个与 SLC-1730 线性定位器（2）组合的 SR-3211 旋转平台，以及第二个 SLC-1730 定位器（3）。这种布置为样品附近工具的受控定位提供了灵活对准。

样品操控独立于 SR-17522C 旋转工具平台实现。SLC-24180 线性定位器（5）水平穿过 SR-17522C 的中央孔径，并专门用于样品运动。安装在该线性轴上的 SR-5714C 旋转定位器（4）与样品夹持器一起，为对准提供额外的旋转自由度。在所示示例中，所有定位器均采用非磁性材料制造，因此该配置非常适合用于 PET/MRI 或 MRI 等外部磁场环境。
该架构的关键特征在于其可配置性，可根据可用安装空间和所需运动功能进行配置。不同成像方法在样品访问、对准、稳定性和环境兼容性方面具有不同要求。通过将紧凑型线性平台和旋转平台以模块化方式组合，该平台可以适应应用特定要求，同时在多个测量步骤中保持可重复定位。

该系统可使用 SmarAct MCS2 Control System 运行。MCS2 是用于 SmarAct 定位解决方案的模块化控制器，提供适用于 3 至 18 个定位平台的配置。它支持通过手持控制模块进行手动操作，也支持同步多轴运动和复杂运动轨迹。该控制器提供要求严苛的定位任务所需的动态性能。标准通信接口包括 USB、Ethernet 和 EtherCAT®。可面向 C/C++、Python 和 LabVIEW 实现软件集成。这使该系统既适合独立运行，也适合集成到上位成像、测量或实验室自动化环境中。

对于自动化工作流程，硬件可通过 SmarAct Control & Process Environment（SCoPE）进行补充。SCoPE 在一个环境中集成硬件集成、用户界面开发、图形化工作流程设计和 Python 脚本编写。这使得客户定制控制应用能够被高效实现，从早期功能设置到可独立部署的系统均可覆盖。在多模态成像背景下，该软件层可以简化可重复定位序列、协调测量例程以及应用特定控制工作流程的实现。

模块化 SmarAct TotalAlign 平台将可扩展性和紧凑性相结合，适用于需要精密样品定位、灵活系统配置以及可靠集成到现有实验环境中的现代成像应用。通过结合紧凑型定位组件、与目标环境兼容的平台变体、模块化控制硬件以及可适配的软件工具，该平台支持研究和仪器环境中的可重复、应用特定成像过程。