專利名稱：一種在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)與方法，具體地說，涉及一種基于面激發(fā)光源的在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
目前，已有的 在體小動物熒光斷層成像裝置多采用點(diǎn)激發(fā)光源來激發(fā)熒光染料，其不足之處是點(diǎn)激發(fā)并不能保證待成像物內(nèi)的熒光染料受激發(fā)完全，熒光染料受激發(fā)不完全就會導(dǎo)致采集的熒光數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，獲得信號圖像信噪比低，進(jìn)而使得熒光數(shù)據(jù)的三維重建不準(zhǔn)確。另一方面，為了獲得更多有用的熒光數(shù)據(jù)，可采取多角度多點(diǎn)激發(fā)，但是多個點(diǎn)激發(fā)需要的采集數(shù)據(jù)時間長，一般情況下是多少個點(diǎn)激發(fā)，其采集時間就是單個點(diǎn)激發(fā)采集數(shù)據(jù)時間的多少倍，這顯然與臨床要求的實(shí)時成像相違背。中國科學(xué)院自動化研究所申請的專利“熒光分子成像裝置”(申請公布號CN102106721A，申請?zhí)?01110065502.9)公開了一種熒光分子成像裝置。此裝置可以獲得待成像物的熒光分子成像，用熒光報告基因?qū)Υ上裎镞M(jìn)行標(biāo)記，依據(jù)物質(zhì)的熒光特征，激發(fā)光源在照射被標(biāo)記的待成像物時熒光報告基因會產(chǎn)生熒光信號，然后探測器吸收激發(fā)出來的熒光信號進(jìn)行成像。該專利申請存在的不足是，由于采用的是點(diǎn)激發(fā)光源，熒光目標(biāo)受激發(fā)不完全，得到的熒光圖像信噪比低，從而影響了熒光成像的圖像質(zhì)量。另外，由于只是單一的得到分子特異性性成像，而沒有得到待成像物的三維結(jié)構(gòu)成像，失去了待成像物被標(biāo)記部分的空間信息，無法表達(dá)完整的生物特征信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)與方法，使熒光染料受激發(fā)的完全，從而保證采集到的熒光數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且信噪比高，另外系統(tǒng)利用X射線斷層成像技術(shù)獲取待成像物的三維結(jié)構(gòu)信息，為熒光數(shù)據(jù)的三維重建提供先驗(yàn)信息。利用計算機(jī)將三維結(jié)構(gòu)信息與熒光染料分布重建結(jié)果進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)待成像物的多模態(tài)信息融合，更全面的獲得待成像物的生物特征。該系統(tǒng)相比于點(diǎn)激發(fā)光源系統(tǒng)操作更加簡單，掃描時間更短，更有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時觀測。本發(fā)明的具體思路是:在現(xiàn)有的點(diǎn)激發(fā)光源式系統(tǒng)上，將激發(fā)光源改為面激發(fā)光源，使待成像物受激發(fā)完全，獲得的圖像信噪比大大提高；并把X射線斷層成像系統(tǒng)融合進(jìn)來，獲取待成像物的三維解剖結(jié)構(gòu)信息作為熒光分子斷層重建的先驗(yàn)信息，利用計算機(jī)對兩種成像結(jié)果進(jìn)行圖像配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)待成像物的多模態(tài)信息融合，提高了熒光分子重建的正確性。其技術(shù)方案為:—種在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)，包括近紅外激光器、擴(kuò)束鏡、電控旋轉(zhuǎn)臺、待成像物、窄帶濾波片、CCD相機(jī)、X射線發(fā)射器、X射線探測器、計算機(jī)，CDD相機(jī)和窄帶濾波片固定在與激發(fā)光源平行的方向上，激發(fā)光源、待成像物、CCD相機(jī)和窄帶濾波片在同一條直線上，X射線發(fā)射器與探測器位于與激發(fā)光源垂直的方向上，X射線發(fā)射器、待成像物和X射線探測器在同一直線上，計算機(jī)與CCD相機(jī)、X射線發(fā)射和電控旋轉(zhuǎn)臺相連:所述CXD相機(jī)，用來接收透射光進(jìn)行透射式成像；所述窄帶濾波片，用于濾除掉除熒光信號以外的其他光線；所述電控旋轉(zhuǎn)臺，用來帶動待成像物進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，多角度采集待成像物的投影數(shù)據(jù)；所述激光器，用來產(chǎn)生激發(fā)光源,誘導(dǎo)成像物體內(nèi)部的熒光物質(zhì)發(fā)光,產(chǎn)生透射式的突光信號；所述擴(kuò)束鏡用于擴(kuò)束激光器發(fā)出的激光，將其擴(kuò)束成一個面激發(fā)光源；所述X射線發(fā)射器，用來發(fā)射X射線；所述X射線探測器用來探測接收的X射線；

所述計算機(jī)，用來控制CCD相機(jī)，激光器，X射線發(fā)射與探測，以及電控旋轉(zhuǎn)臺運(yùn)行，接收和處理CXD相機(jī)傳輸?shù)耐干涫綗晒鈹?shù)據(jù)，對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，對重建后的圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合，接收和處理X射線數(shù)據(jù)，重建待成像物體的結(jié)構(gòu)信息，實(shí)現(xiàn)待成像物的多模態(tài)信息融合。所述的窄帶濾波片的中心波長和熒光信號的中心波長保持一致。一種在體小動物熒光分子斷層成像方法，包括以下步驟:(I)熒光數(shù)據(jù)采集激光器發(fā)射激光，經(jīng)過擴(kuò)束鏡成為一面光源，與光源平行的CXD相機(jī)接收穿透待成像物的光線形成透射式投影數(shù)據(jù)；計算機(jī)完成投影數(shù)據(jù)采集之后，由電控旋轉(zhuǎn)臺帶動待成像物旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度由計算機(jī)控制，等到電控旋轉(zhuǎn)臺完全靜止以后再對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，一直重復(fù)到待成像物旋轉(zhuǎn)360度；⑵CT射線數(shù)據(jù)采集 完成步驟(I)，計算機(jī)控制X射線發(fā)射器發(fā)射X射線，穿透待成像物的X射線經(jīng)過X射線探測器檢測，計算機(jī)完成投影數(shù)據(jù)采集，由電控旋轉(zhuǎn)臺帶動待成像物旋轉(zhuǎn)，完成360度掃描;(3) CT數(shù)據(jù)處理計算機(jī)利用濾波反投影重建算法，對步驟(2)所處理過的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，獲得待成像物的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像；(4)熒光數(shù)據(jù)處理CCD相機(jī)將采集到投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，計算機(jī)對步驟(I)所采集到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；(5)熒光成像的三維重建將步驟(3)的結(jié)構(gòu)圖像作為先驗(yàn)信息，用代數(shù)重建技術(shù)對預(yù)處理后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，得到熒光染料的分布圖像；(6)三維重建圖像配準(zhǔn)融合計算機(jī)對步驟(3)和(5)所獲得到兩種成像模式的三維重建圖像配準(zhǔn)融合，獲得融合后的熒光斷層圖像，實(shí)現(xiàn)待成像物的多模態(tài)信息融合。步驟(5)中對熒光數(shù)據(jù)進(jìn)行重建時，利用了步驟(3)所獲得的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像為先驗(yàn)信息。本發(fā)明的有益效果:第一，本發(fā)明采用面激發(fā)光源激發(fā)熒光染料，克服了現(xiàn)有點(diǎn)激發(fā)光源成像系統(tǒng)中不能保證熒光染料受激發(fā)完全的缺點(diǎn)，提高了采集的熒光數(shù)據(jù)的信噪比。第二，本發(fā)明采用面激發(fā)光源激發(fā)熒光染料，克服了現(xiàn)有點(diǎn)激發(fā)光源需要多點(diǎn)激發(fā)所帶來的時間積累，大大縮減了采集數(shù)據(jù)的時間，提高了采集數(shù)據(jù)效率，有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時觀測。第三，本發(fā)明采用了熒光分子斷層成像與X射線斷層成像兩種成像模態(tài)的融合，可同時獲得待成像物的三維結(jié)構(gòu)圖像與熒光染料分布情況，實(shí)現(xiàn)了兩種成像模態(tài)的信息融合，獲得了待成像物更多的生物特征。


圖1為本發(fā)明在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明在體小動物熒光分子斷層成像方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖具體實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。參照圖1，本發(fā)明在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)，包括近紅外激光器1、擴(kuò)束鏡2、電控旋轉(zhuǎn)臺3、待成像物4、濾除激發(fā)光的窄帶濾波片5、CCD相機(jī)6、X射線發(fā)射器7、X射線接收器8、計算機(jī)9。

熒光分子斷層成像，是利用外部可見光為激發(fā)光源照射待成像物，現(xiàn)在較多的應(yīng)用于活體小動物成像，特別是小鼠成像。在進(jìn)行熒光分子斷層成像之前，用熒光染料或熒光蛋白標(biāo)記待成像物。激光器發(fā)射激光，經(jīng)過擴(kuò)束鏡2擴(kuò)散成平行光束照射待成像物4。待成像物4事先標(biāo)記的熒光染料或熒光蛋白受平行光束的激發(fā)，發(fā)出與激發(fā)光波長不同的光，即發(fā)射光。發(fā)射光穿透待成像物4，經(jīng)過窄帶濾波片5濾除掉除發(fā)射光以外的其他光線，CCD相機(jī)6接收透射出的發(fā)射光產(chǎn)生熒光數(shù)據(jù)。CCD相機(jī)6將產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)9。X射線發(fā)射器7發(fā)射X射線，穿透待成像物4被X射線探測器8檢測到，產(chǎn)生的X射線投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)9。X射線發(fā)射器7，待成像物4與X射線探測器8要在同一直線上。窄帶濾波片5的中心波長要與熒光信號的中心波長保持一致。下面結(jié)合附圖2，對本發(fā)明的方法做進(jìn)一步描述。(I)熒光數(shù)據(jù)采集激光器I發(fā)射激光，光線經(jīng)過擴(kuò)束鏡2到達(dá)事先已被標(biāo)記了熒光探針或熒光蛋白的待成像物4，這些熒光染料受激發(fā)發(fā)射熒光信號，與激發(fā)光一起穿透待成像物4，經(jīng)過窄帶濾波片5濾除除熒光信號以外的其他光線，CCD相機(jī)6接收濾除后的熒光信號產(chǎn)生熒光數(shù)據(jù)。采集完初始位置數(shù)據(jù)后，電控旋轉(zhuǎn)臺3帶動待成像物4進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)角度可根據(jù)需要設(shè)定為某一固定值，待旋轉(zhuǎn)結(jié)束電控旋轉(zhuǎn)臺3完全靜止時，重復(fù)上述投影數(shù)據(jù)采集，一直重復(fù)待成像物4旋轉(zhuǎn)360度。
(2) CT射線數(shù)據(jù)采集X射線發(fā)射器7發(fā)射X射線，穿透待成像物4被X射線探測器8接收，產(chǎn)生X射線投影數(shù)據(jù)，同時電控旋轉(zhuǎn)臺3帶動待成像物4旋轉(zhuǎn)，等到待成像物4旋轉(zhuǎn)一周后完成X射線投影數(shù)據(jù)采集。(3) CT數(shù)據(jù)重建計算機(jī)9利用濾波反投影算法，對步驟2所處理過的X射線投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，得到待成像物4的結(jié)構(gòu)圖像。(4)熒光數(shù)據(jù)處理CCD相機(jī)6將采集到的投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)9，計算機(jī)9對步驟(I)所采集到投影數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；(5)熒光數(shù)據(jù)三維重建將步驟(3)得到的CT重建結(jié)果作為熒光數(shù)據(jù)三維重建的先驗(yàn)信息，用代數(shù)重建技術(shù)求解獲得待成像物4中熒光染料的分布圖像。(6)三維重建圖像配準(zhǔn)融合計算機(jī)9對步驟(3)和(5)的三維重建結(jié)果進(jìn)行圖像配準(zhǔn)融合，獲得融合后的熒光斷層成像，實(shí)現(xiàn)了待成像物的多模態(tài)信息融合。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體`實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)，其特征在于，包括近紅外激光器、擴(kuò)束鏡、電控旋轉(zhuǎn)臺、待成像物、窄帶濾波片、CCD相機(jī)、X射線發(fā)射器、X射線探測器、計算機(jī)，CDD相機(jī)和窄帶濾波片固定在與激發(fā)光源平行的方向上，激發(fā)光源、待成像物、CCD相機(jī)和窄帶濾波片在同一條直線上，X射線發(fā)射器與探測器位于與激發(fā)光源垂直的方向上，X射線發(fā)射器、待成像物和X射線探測器在同一直線上，計算機(jī)與CCD相機(jī)、X射線發(fā)射和電控旋轉(zhuǎn)臺相連: 所述CXD相機(jī)，用來接收透射光進(jìn)行透射式成像； 所述窄帶濾波片，用于濾除掉除熒光信號以外的其他光線； 所述電控旋轉(zhuǎn)臺，用來帶動待成像物進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，多角度采集待成像物的投影數(shù)據(jù)； 所述激光器，用來產(chǎn)生激發(fā)光源，誘導(dǎo)成像物體內(nèi)部的熒光物質(zhì)發(fā)光，產(chǎn)生透射式的熒光信號; 所述擴(kuò)束鏡用于擴(kuò)束激光器發(fā)出的激光，將其擴(kuò)束成一個面激發(fā)光源； 所述X射線發(fā)射器，用來發(fā)射X射線； 所述X射線探測器，用來探測接收的X射線； 所述計算機(jī)，用來控制CCD相機(jī)，激光器，X射線發(fā)射與探測，以及電控旋轉(zhuǎn)臺運(yùn)行，接收和處理CXD相機(jī)傳輸?shù)耐干涫綗晒鈹?shù)據(jù)，對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，對重建后的圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合，接收和處理X射線數(shù)據(jù)，重建待成像物體的結(jié)構(gòu)信息，實(shí)現(xiàn)待成像物的多模態(tài)信息融合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的窄帶濾波片的中心波長和熒光信號的中心波長保持一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的擴(kuò)束鏡用于將點(diǎn)激光擴(kuò)散成面激光。
4.一種在體小動物熒光分子斷層成像方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)熒光數(shù)據(jù)采集 激光器發(fā)射激光，經(jīng)過擴(kuò)束鏡成為一面光源，與光源平行的CCD相機(jī)接收穿透待成像物的光線形成透射式投影數(shù)據(jù)；計算機(jī)完成投影數(shù)據(jù)采集之后，由電控旋轉(zhuǎn)臺帶動待成像物旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度由計算機(jī)控制，等到電控旋轉(zhuǎn)臺完全靜止以后再對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，一直重復(fù)到待成像物旋轉(zhuǎn)360度； (2)CT射線數(shù)據(jù)采集 完成步驟(I)，計算機(jī)控制X射線發(fā)射器發(fā)射X射線，穿透待成像物的X射線被X射線探測器檢測，計算機(jī)完成投影數(shù)據(jù)采集，由電控旋轉(zhuǎn)臺帶動待成像物旋轉(zhuǎn)，完成360度掃描；(3)CT數(shù)據(jù)處理 計算機(jī)利用濾波反投影重建算法，對步驟(2)所處理過的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，獲得待成像物的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像； (4)熒光數(shù)據(jù)處理 CCD相機(jī)將采集到投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，計算機(jī)對步驟(I)所采集到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； (5)熒光成像的三維重建 將步驟(3)的結(jié)構(gòu)圖像作為先驗(yàn)信息，用代數(shù)重建技術(shù)對預(yù)處理后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，得到熒光染料的分布圖像； (6)三維重建圖像配準(zhǔn)融合 計算機(jī)對步驟(3)和(5)所獲得到兩種成像模式的三維重建圖像配準(zhǔn)融合，獲得到融合后的熒光斷層圖像，實(shí)現(xiàn)待成像物的多模態(tài)信息融合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4在體小動物熒光分子斷層成像方法，其特征在于，步驟(5)中對熒光數(shù)據(jù)進(jìn)行重建時，利用了步驟(3) 所獲得的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像為先驗(yàn)信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在體小動物熒光分子斷層成像系統(tǒng)與方法，包括近紅外激光器、擴(kuò)束鏡、電控旋轉(zhuǎn)臺、待成像物、窄帶濾波片、CCD相機(jī)、X射線發(fā)射器、X射線探測器、計算機(jī)，CDD相機(jī)和窄帶濾波片固定在與激發(fā)光源平行的方向上，激發(fā)光源、待成像物、CCD相機(jī)和窄帶濾波片在同一條直線上，X射線發(fā)射器與探測器位于與激發(fā)光源垂直的方向上，X射線發(fā)射器、待成像物和X射線探測器在同一直線上，計算機(jī)與CCD相機(jī)、X射線發(fā)射和電控旋轉(zhuǎn)臺相連。本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了在體小動物的多模態(tài)信息融合，具有操作過程簡單，數(shù)據(jù)采集時間短的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號A61B5/00GK103070673SQ20131004490
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者陳多芳, 易黃建, 梁繼民, 朱守平, 金征宇, 薛華丹, 雷晶, 李維, 田捷 申請人:西安電子科技大學(xué)