基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)包括：支撐裝置，用于支撐待成像對(duì)象；契倫科夫熒光探測(cè)裝置，用于采集待成像對(duì)象的平面光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像；暗箱，用于容納契倫科夫熒光探測(cè)裝置和支撐裝置，以阻斷高能射線(xiàn)和可見(jiàn)光；計(jì)算機(jī)，用于對(duì)于契倫科夫熒光探測(cè)裝置中的光學(xué)成像器件的光學(xué)成像參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)于接收到的光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進(jìn)行融合，得到契倫科夫配準(zhǔn)圖像。本發(fā)明可以有效地解決契倫科夫光信號(hào)較弱，穿透深度較淺等缺點(diǎn)，且大幅降低了設(shè)備建造與維護(hù)成本，降低了核醫(yī)學(xué)成像研究的門(mén)檻，拓展了光學(xué)分子影像探針可供選擇的空間，延伸了光學(xué)分子影像研究與應(yīng)用的范圍。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種成像系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]契倫科夫突光成像(Cerenkov Luminescence Imaging, CLI)是利用放射性藥物基于契倫科夫輻射產(chǎn)生的300-900nm譜段的光，通過(guò)使用高靈敏度的C⑶相機(jī)采集成像目標(biāo)體表穿透出來(lái)的近紅外光和可見(jiàn)光，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)同位素的在體成像。該成像成為繼正電子發(fā)射斷層成像(Positron Emiss1n Tomography, PET)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(Single Photon Emiss1n Computed Tomography, SPECT)之后的一種新的分子核醫(yī)學(xué)成像模態(tài)，而且為光學(xué)分子成像的臨床應(yīng)用帶來(lái)了新的契機(jī)。契倫科夫輻射是放射性藥物在衰變過(guò)程中產(chǎn)生的高能β或者Y粒子在介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)速度大于光在該介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)產(chǎn)生的契倫科夫光，并在2010年首次用于小動(dòng)物在體成像(Cerenkov Emiss1n, J.Nuc1.Med.2010，51:1123 - 1130)。
[0003]CLI定量表征的是核素平面分布圖，不能描述光源在體內(nèi)的深度信息。為了解決契倫科夫存在的弱光問(wèn)題和成像深度等問(wèn)題，Sr1-Rajasekhar等(B1med OptExpress.2012 June I ；3 (6): 1215-1225)首次提出了內(nèi)窺式契倫科夫的概念。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)和方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括:契倫科夫熒光探測(cè)裝置、支撐裝置、計(jì)算機(jī)和暗箱，其中:
[0006]所述支撐裝置用于支撐待成像對(duì)象；
[0007]所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置用于采集待成像對(duì)象的平面光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像；
[0008]所述暗箱為一不透光封閉式容器，用于容納所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置和支撐裝置，以阻斷高能射線(xiàn)和可見(jiàn)光；
[0009]所述計(jì)算機(jī)用于對(duì)于所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置中的光學(xué)成像器件的光學(xué)成像參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)于接收到的光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進(jìn)行融合，得到契倫科夫配準(zhǔn)圖像。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像方法，所述方法包括以下步驟:
[0011]契倫科夫熒光探測(cè)裝置采集白光，光學(xué)成像器件對(duì)于待成像對(duì)象進(jìn)行光學(xué)成像，得到光學(xué)圖像；
[0012]契倫科夫熒光探測(cè)裝置采集熒光，內(nèi)窺成像器件對(duì)于待成像對(duì)象進(jìn)行熒光成像，得到契倫科夫熒光圖像；
[0013]對(duì)于所述光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進(jìn)行融合，得到契倫科夫配準(zhǔn)圖像。
[0014]本發(fā)明采用內(nèi)窺式的平面成像系統(tǒng)，可以解決契倫科夫弱光，穿透深度較淺等缺點(diǎn)。由于本發(fā)明采用EMCXD探測(cè)器實(shí)現(xiàn)分子核醫(yī)學(xué)成像，相對(duì)于PET/SPECT和、相機(jī)等成像裝置大幅降低了設(shè)備建造與維護(hù)成本，降低了核醫(yī)學(xué)成像研究的門(mén)檻，拓展了光學(xué)分子影像探針可供選擇的空間，延伸了光學(xué)分子影像研究與應(yīng)用的范圍。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)的原理方框圖；
[0017]圖3是本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像方法的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)，圖1是本發(fā)明基于契倫科夫效 應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)的原理方框圖，如圖1和圖2所示，所述成像系統(tǒng)包括契倫科夫突光(Cerenkov Luminescence)探測(cè)裝置、支撐裝置103、計(jì)算機(jī)104和暗箱105,其中:
[0020]所述支撐裝置103用于支撐待成像對(duì)象，例如，人體、動(dòng)物或任何待成像的物理對(duì)象。
[0021]所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置是本發(fā)明成像系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，用于采集待成像對(duì)象的平面光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像，其包括光學(xué)成像器件101、內(nèi)窺成像器件102、光學(xué)成像控制器及相關(guān)光學(xué)成像配件，其中，所述光學(xué)成像器件101用于在所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置發(fā)出白光時(shí)，完成契倫科夫光信號(hào)-電信號(hào)轉(zhuǎn)換，對(duì)于待成像對(duì)象進(jìn)行光學(xué)成像。在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述光學(xué)成像器件101為EMCXD，所述EMCXD的最佳工作溫度為-90 °。所述內(nèi)窺成像器件102用于在所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置發(fā)出熒光時(shí)，對(duì)于待成像對(duì)象進(jìn)行熒光成像；所述光學(xué)成像控制器用于根據(jù)所述計(jì)算機(jī)104的指令調(diào)節(jié)所述光學(xué)成像器件101的工作溫度、數(shù)據(jù)采集的幀頻、曝光時(shí)間、光圈開(kāi)合與孔徑等光學(xué)成像參數(shù)，并與所述計(jì)算機(jī)104連接通信，將所述光學(xué)成像器件101采集得到的光學(xué)圖像和所述內(nèi)窺成像器件102采集得到的契倫科夫熒光圖像傳送給所述計(jì)算機(jī)104。
[0022]所述暗箱105為一不透光封閉式容器，用于容納所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置和支撐裝置，以阻斷高能射線(xiàn)和可見(jiàn)光，避免對(duì)于所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置和成像操作產(chǎn)生不利影響。所述暗箱105的底部設(shè)有一個(gè)比如直徑為2cm的半圓形導(dǎo)線(xiàn)管，用于通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)成像控制器與計(jì)算機(jī)104之間的數(shù)據(jù)傳輸。在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述暗箱105為長(zhǎng)方體，其六個(gè)面均由鉛板組成，內(nèi)表面覆蓋一層黑色涂料，其中一個(gè)側(cè)面帶有開(kāi)門(mén)設(shè)計(jì)。
[0023]所述計(jì)算機(jī)104用于向所述光學(xué)成像控制器發(fā)出控制指令，以通過(guò)所述光學(xué)成像控制器對(duì)于所述光學(xué)成像器件101的光學(xué)成像參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)于接收到的光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像根據(jù)契倫科夫熒光圖像配準(zhǔn)流程進(jìn)行融合，得到契倫科夫配準(zhǔn)圖像?？梢哉f(shuō)，位于暗箱105外部的計(jì)算機(jī)104不僅控制著整個(gè)成像系統(tǒng)，更是圖像處理的執(zhí)行模塊，其輸出結(jié)果圖像包括平面白光圖像、契倫科夫熒光圖像和契倫科夫配準(zhǔn)圖像。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提出一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像方法，圖3是本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像方法的原理示意圖，如圖3所示，所述成像方法包括以下步驟:
[0025]步驟I，契倫科夫熒光探測(cè)裝置采集白光，光學(xué)成像器件對(duì)于待成像對(duì)象進(jìn)行光學(xué)成像，得到光學(xué)圖像；
[0026]步驟2，契倫科夫熒光探測(cè)裝置采集熒光，內(nèi)窺成像器件對(duì)于待成像對(duì)象進(jìn)行熒光成像，得到契倫科夫熒光圖像；
[0027]步驟3，對(duì)于所述光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進(jìn)行融合，得到契倫科夫配準(zhǔn)圖像。
[0028]其中，對(duì)于所述光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進(jìn)行融合的步驟進(jìn)一步包括以下步驟:
[0029]步驟31，獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域；
[0030]在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于snake模型獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域，基于snake模型獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域的步驟進(jìn)一步包括以下步驟:
[0031]步驟311，對(duì)于所述光學(xué)圖像，首先自動(dòng)交互選定初始感興趣區(qū)域；
[0032]在本發(fā)明一實(shí)施例中，通過(guò)人工標(biāo)定來(lái)選定初始感興趣區(qū)域。
[0033]步驟312，然后，對(duì)于所述初始感興趣區(qū)域進(jìn)行膨脹處理，得到所述感興趣區(qū)域。
[0034]在本發(fā)明一實(shí)施例中，通過(guò)氣球snake外力模型來(lái)對(duì)所述初始感興趣區(qū)域進(jìn)行膨脹處理，所述氣球snake外力模型表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:契倫科夫熒光探測(cè)裝置、支撐裝置、計(jì)算機(jī)和暗箱，其中: 所述支撐裝置用于支撐待成像對(duì)象； 所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置用于采集待成像對(duì)象的平面光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像； 所述暗箱為一不透光封閉式容器，用于容納所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置和支撐裝置，以阻斷高能射線(xiàn)和可見(jiàn)光； 所述計(jì)算機(jī)用于對(duì)于所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置中的光學(xué)成像器件的光學(xué)成像參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)于接收到的光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進(jìn)行融合，得到契倫科夫配準(zhǔn)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置包括光學(xué)成像器件、內(nèi)窺成像器件、光學(xué)成像控制器及光學(xué)成像配件，其中: 所述光學(xué)成像器件用于在所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置發(fā)出白光時(shí)，完成契倫科夫光信號(hào)-電信號(hào)轉(zhuǎn)換，對(duì)于待成像對(duì)象進(jìn)行光學(xué)成像； 所述內(nèi)窺成像器件用于在所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置發(fā)出熒光時(shí)，對(duì)于待成像對(duì)象進(jìn)行熒光成像； 所述光學(xué)成像控制器用于根據(jù)所述計(jì)算機(jī)的指令調(diào)節(jié)所述光學(xué)成像器件的光學(xué)成像參數(shù)，并與所述計(jì)算機(jī)連接通信，將所述光學(xué)成像器件采集得到的光學(xué)圖像和所述內(nèi)窺成像器件采集得到的契倫科夫熒光圖像傳送給所述計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)成像參數(shù)至少包括工作溫度、數(shù)據(jù)采集的幀頻、曝光時(shí)間、光圈開(kāi)合與孔徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述暗箱的底部設(shè)有導(dǎo)線(xiàn)管，用于通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)所述契倫科夫熒光探測(cè)裝置與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述暗箱為長(zhǎng)方體，其六個(gè)面均由鉛板組成，內(nèi)表面覆蓋一層黑色涂料，其中一個(gè)側(cè)面帶有開(kāi)門(mén)。
6.一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 契倫科夫熒光探測(cè)裝置采集白光，光學(xué)成像器件對(duì)于待成像對(duì)象進(jìn)行光學(xué)成像，得到光學(xué)圖像； 契倫科夫熒光探測(cè)裝置采集熒光，內(nèi)窺成像器件對(duì)于待成像對(duì)象進(jìn)行熒光成像，得到契倫科夫熒光圖像； 對(duì)于所述光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進(jìn)行融合，得到契倫科夫配準(zhǔn)圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，對(duì)于所述光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進(jìn)行融合的步驟進(jìn)一步包括以下步驟: 獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域； 在所述熒光圖像中提取出與所述感興趣區(qū)域相對(duì)應(yīng)的熒光信號(hào)子圖像Is ; 對(duì)于所述熒光信號(hào)子圖像Is進(jìn)行有效數(shù)據(jù)提取，得到有效數(shù)據(jù)子圖像It; 對(duì)于所述有效數(shù)據(jù)子圖像It進(jìn)行雜亂信號(hào)濾除； 對(duì)于雜亂信號(hào)濾除后的有效數(shù)據(jù)子圖像It進(jìn)行小面積信號(hào)濾除，得到過(guò)濾子圖像Ip;將所述過(guò)濾子圖像Ip疊加到白光圖像上得到契倫科夫配準(zhǔn)圖像并輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，基于snake模型獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，基于snake模型獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域的步驟進(jìn)一步包括以下步驟: 對(duì)于所述光學(xué)圖像，選定初始感興趣區(qū)域； 然后對(duì)于所述初始感興趣區(qū)域進(jìn)行膨脹處理，得到所述感興趣區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，利用閾值處理方法基于所述熒光信號(hào)子圖像Is進(jìn)行有 效數(shù)據(jù)提取、雜亂信號(hào)濾除以及小面積信號(hào)濾除。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK104027064SQ201410302205
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】胡振華, 田捷, 宋天明, 王坤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所