基于仿體的光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的幾何校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及影像處理技術(shù)，特別是涉及一種基于仿體的光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的幾何校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)投影斷層成像(OpticalProject1n Tomography, OPT)可以實(shí)現(xiàn) 1-10 毫米尺度生物樣本的結(jié)構(gòu)和分子特異性成像，具有分辨率高、結(jié)構(gòu)功能一體化、無輻射、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，它可以在小尺度對活體生物進(jìn)行細(xì)胞水平的定性和定量研宄，實(shí)現(xiàn)生物體的實(shí)時、無創(chuàng)、動態(tài)、在體成像。當(dāng)前，OPT技術(shù)已被應(yīng)用于小鼠等小動物胚胎、完整器官的成像以及果蠅等模式動物的成像。對小鼠、果蠅這些模式動物的成像對于研宄基因表達(dá)、蛋白質(zhì)相互作用、臨床前藥物研發(fā)等都具有重要的意義。OPT成像技術(shù)的出現(xiàn)為小動物胚胎成像、組織器官成像、果蠅等小的模式動物成像提供了有力的研宄手段，推動了生物科學(xué)基礎(chǔ)研宄的發(fā)展。OPT成像過程中樣本比較薄且相對透明，可見光穿過樣本時散射效應(yīng)可以忽略不計(jì)，樣本對光子主要表現(xiàn)為吸收作用，因此可認(rèn)為光線沿直線傳播穿過樣本。
[0003]激發(fā)式光學(xué)投影斷層成像是OPT的一種常見系統(tǒng)形式，系統(tǒng)工作時，外部激發(fā)光照射到樣本上，激發(fā)樣本上的熒光染料或熒光蛋白發(fā)射出波長更長的熒光信號，電荷耦合元件(Charge-Coupled Device, CCD)相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時通過窄帶濾波片濾去激發(fā)光，僅采集熒光信號，并對其進(jìn)行三維重建，得到熒光染料或熒光蛋白在樣本上的分布信息，從而可以進(jìn)行分子特異性成像。
[0004]在成像過程中，光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)掃描采集到的數(shù)據(jù)是一系列不同角度下光線穿過樣本的二維投影圖像，將所有二維投影圖像運(yùn)用濾波反投影(FilteredBack-Project1n, FBP)方法進(jìn)行重建，即可得到三維重建圖像。二維投影圖的清晰與否，直接關(guān)系到三維重建體分辨率的高低。但是如果在成像過程中，樣本的旋轉(zhuǎn)軸與采集圖像的中心線有偏差(即轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸與相機(jī)中心線的偏差)，并且在重建前沒有校正該偏差，即使偏差僅有幾個像素，也會造成重建的圖像出現(xiàn)偽影。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供的基于仿體的光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的幾何校正方法，可以提高光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的空間分辨率，減少圖像的偽影。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種基于仿體的光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的幾何校正方法，包括:
[0007]對仿體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集得到二維投影數(shù)據(jù)，并且將所述二維投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建得到三維重建數(shù)據(jù)，所述三維重建數(shù)據(jù)包括樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移信息和旋轉(zhuǎn)信息；根據(jù)所述樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移和旋轉(zhuǎn)信息獲取所述樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移信息和旋轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角；通過所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角分別將所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角對應(yīng)的水平偏移和旋轉(zhuǎn)偏移進(jìn)行幾何校正。
[0008]本發(fā)明實(shí)施例提供的基于仿體的光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的幾何校正方法，根據(jù)樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移和旋轉(zhuǎn)信息獲取樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移信息和旋轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角，以及根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角分別將所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角對應(yīng)的水平偏移和旋轉(zhuǎn)偏移進(jìn)行幾何校正，從而提高光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的空間分辨率，減少圖像的偽影。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于仿體的光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的幾何校正方法流程圖；
[0010]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量示意圖；
[0011]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的旋轉(zhuǎn)角示意圖；
[0012]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的景深信息估計(jì)示意圖；
[0013]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明的總體構(gòu)思是，根據(jù)樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移和旋轉(zhuǎn)信息獲取樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移信息和旋轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角，以及根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角分別將所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角對應(yīng)的水平偏移和旋轉(zhuǎn)偏移進(jìn)行幾何校正，從而提高光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的空間分辨率，減少圖像的偽影。
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例提供的基于仿體的光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的幾何校正方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于仿體的光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的幾何校正方法流程圖。
[0017]參照圖1，在步驟S101，對仿體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集得到二維投影數(shù)據(jù)，并且將所述二維投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建得到三維重建數(shù)據(jù)，所述三維重建數(shù)據(jù)包括樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移信息和旋轉(zhuǎn)信息。
[0018]這里，采用包含熒光微珠的圓柱形仿體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，具體通過激光器照射仿體，使旋轉(zhuǎn)臺360度旋轉(zhuǎn)仿體，并經(jīng)顯微裝置使CCD相機(jī)采集到仿體的二維投影圖。
[0019]其中，熒光微珠的直徑遠(yuǎn)小于光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)所能達(dá)到的空間分辨率，且激發(fā)光譜和發(fā)射光譜分離，激發(fā)光譜范圍適合系統(tǒng)的激光器進(jìn)行激發(fā)。如光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)所用激光器為488nm波長，則選用熒光微珠的激發(fā)光譜包含488nm，且在488nm波長信號最強(qiáng)為最佳。
[0020]仿體中的熒光微珠為五個，將它們等間距排成一列，從而形成一個線陣，該線陣與光學(xué)斷層成像系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸平行放置，并且使線陣靠近旋轉(zhuǎn)軸，對仿體進(jìn)行360度掃描，獲取二維投影數(shù)據(jù)。
[0021]在步驟S102，根據(jù)所述樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移和旋轉(zhuǎn)信息獲取所述樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移信息和旋轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角。
[0022]在步驟S103，通過所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角分別將所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角對應(yīng)的水平偏移和旋轉(zhuǎn)偏移進(jìn)行幾何校正。
[0023]進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移和旋轉(zhuǎn)信息獲取所述樣本旋轉(zhuǎn)軸水平偏移信息和旋轉(zhuǎn)信息對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角包括:
[0024]根據(jù)公式(I)計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量:
[0025]Au = MX|d_r| (I)
[0026]其中，Au為所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量，M為光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的放大倍數(shù)，r為所述仿體中的熒光微珠對應(yīng)的圓環(huán)的半徑，d為電荷耦合元件CCD相機(jī)的中心與線陣的距離。
[0027]這里，旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量具體參照如圖2所示的本發(fā)明實(shí)施例提供的旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量示意圖，由仿體的線陣在光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的三維重建結(jié)果中平行于CCD相機(jī)的切面(簡稱為線陣切面)的數(shù)據(jù)信息求得。其中每一個熒光微珠的運(yùn)動軌跡對應(yīng)一個圓環(huán)，對應(yīng)圓環(huán)的半徑為r，然后通過公式(I)即可獲得旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量。
[0028]進(jìn)一步地，所述通過所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角分別將所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角對應(yīng)的水平偏移和旋轉(zhuǎn)偏移進(jìn)行幾何校正包括:
[0029]將旋轉(zhuǎn)臺通過所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量向第一方向移動，并對所述仿體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集得到第一投影數(shù)據(jù)；
[0030]將所述第一投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到第一重建切片；
[0031]如果所述第一重建切片中的仿體對應(yīng)的圓環(huán)的圓心與所述(XD相機(jī)的中心重合，則所述光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)的水平偏移校正完成；
[0032]如果所述第一重建切片中的仿體對應(yīng)的圓環(huán)的圓心與所述(XD相機(jī)的中心不重合，則將所述旋轉(zhuǎn)臺通過所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量向第二方向移動。
[0033]這里，第一方向可以為向左，第二方向可以為向右，通過向左方向移動水平平移臺來補(bǔ)償CCD相機(jī)的偏移量，并再次使用光學(xué)投影斷層成像系統(tǒng)，對仿體進(jìn)行360度掃描獲得仿體的投影數(shù)據(jù)，重建出仿體的重建切片。
[0034]進(jìn)一步地，所述通過所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角分別將所述旋轉(zhuǎn)軸水平偏移量和旋轉(zhuǎn)角對應(yīng)的水平偏移和旋轉(zhuǎn)偏移進(jìn)行幾何校正還包括:
[0035]將CCD相機(jī)的探測器通過所述旋轉(zhuǎn)角向所述第一方向旋轉(zhuǎn)，并對所述仿體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集得到第二投影數(shù)據(jù)；
[0036]將所述第二投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到第二重建切片；
[0037]如果所