專利名稱：自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于分子影像技術(shù)領(lǐng)域，涉及光學(xué)成像理論、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、數(shù)學(xué)建
模等學(xué)科知識(shí)。其包括在體熒光成像探測(cè)設(shè)備、控制單元、圖像處理及數(shù)據(jù)分析與管理，尤 其是一整套適用于生物學(xué)科對(duì)小動(dòng)物進(jìn)行在體、無創(chuàng)科研的分子影像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自發(fā)熒光成像技術(shù)是近年來新興的活體動(dòng)物體內(nèi)光學(xué)分子影像技術(shù)。生物自發(fā)熒
光是用熒光素酶基因標(biāo)記細(xì)胞或DNA，將含有Fluc基因的質(zhì)粒載體整合到細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞染
色體DNA上以表達(dá)熒光素酶。在ATP以及氧氣存在的情況下，若給活體動(dòng)物注入底物熒光
素，熒光素酶將會(huì)催化熒光素的氧化反應(yīng)并產(chǎn)生光子。在活體動(dòng)物體外，利用高靈敏度的光
學(xué)檢測(cè)儀器，可以直接捕捉到逸出動(dòng)物體外的光子，然后利用有效的熒光圖像分析算法，就
可以得到標(biāo)定后的感興趣區(qū)域的物理信息，進(jìn)而可以得出相應(yīng)的結(jié)論。通過上述這種技術(shù)，
可以觀測(cè)活體動(dòng)物體內(nèi)靶體的生長及轉(zhuǎn)移、基因的表達(dá)及反應(yīng)等生物學(xué)過程。 目前美國caliper life sciences公司的IVIS50，在視角選區(qū)方面，給出了采用的
是特定的四種位置來分別對(duì)小鼠的頭部、一只老鼠、三只老鼠或五只老鼠進(jìn)行成像。這種方
式不能適應(yīng)不同大小的被測(cè)物體的需要，當(dāng)被測(cè)物體大小差異很大時(shí)，固定的四個(gè)位置將
很可能無法滿足可視區(qū)域的準(zhǔn)確選取。在數(shù)據(jù)管理方面，其給出了文件夾式的處理，但對(duì)于
長期、大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，文件搜索是不方便的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一套自發(fā)熒光分子影像儀器設(shè)備及控制系統(tǒng)，可完成自發(fā)熒 光信號(hào)探測(cè)、圖像的分析處理，并結(jié)合靈活的選區(qū)工具選定感興趣區(qū)域而得到相應(yīng)的光子 量。利用本發(fā)明所涉及的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)能夠?qū)ι锝M織內(nèi)部已標(biāo)記的細(xì)胞或DNA 進(jìn)行定量的分析。 為達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)含有 圖像信息采集部，其包括CCD相機(jī)、鏡頭、暗箱、升降平臺(tái)、CCD相機(jī)，鏡頭和升降
平臺(tái)置于暗箱中，CCD相機(jī)與CCD相機(jī)控制箱連接； —控制部，與圖像信息采集部連接，控制部接收熒光圖像信號(hào)和彌散光學(xué)信號(hào)；所 述控制部包括 具有一控制模塊，其與圖像信息采集部的CCD相機(jī)控制箱連接，控制模塊生成邏 輯時(shí)序控制、安全聯(lián)鎖控制以及順序控制信號(hào)，并且發(fā)出控制信號(hào)對(duì)升降臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)，用以 提供不同視場(chǎng)大小的要求，再由CCD相機(jī)控制箱精確定位控制升降平臺(tái)的升降和暗箱內(nèi)光 源的開閉，以實(shí)現(xiàn)獲取不同模式的圖像信息； 具有一圖像處理模塊，其與圖像信息采集部的CCD相機(jī)控制箱連接，接收有光線 情況下目標(biāo)物體背景圖像和無光線情況下目標(biāo)物體熒光圖像，并去除或抑制熒光圖像信號(hào) 和彌散光學(xué)信號(hào)的噪聲，并對(duì)低信噪比、信號(hào)較弱、邊緣模糊、可見性差的熒光圖像進(jìn)行增強(qiáng)、復(fù)原、分割、加偽彩、配準(zhǔn)處理，提取并輸出熒光圖像感興趣區(qū)域信息，并通過積分球校 準(zhǔn)的圖像信息采集部中的光路傳輸系統(tǒng)中光子能量的衰減系數(shù)還原像素值為透出體表的 準(zhǔn)確光子數(shù)密度； 具有一交互式分析模塊，其與圖像處理模塊連接，利用四種操作工具對(duì)目標(biāo)物體 感興趣區(qū)域進(jìn)行選區(qū)，對(duì)圖像進(jìn)行放大、縮小、翻轉(zhuǎn)以及對(duì)各個(gè)選區(qū)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)；選定熒光 圖像感興趣區(qū)域信息并進(jìn)行圖像分析，生成并輸出熒光圖像感興趣區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)；
具有一數(shù)據(jù)庫模塊，其與交互式分析模塊連接，將背景圖像、熒光圖像以及處理結(jié) 果保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫，并對(duì)熒光圖像感興趣區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、增加、刪除、修改、數(shù)據(jù)庫 備份、數(shù)據(jù)庫還原的管理。 其中，所述CCD相機(jī)為一種高精度光電探測(cè)器，CCD相機(jī)的探測(cè)平面平行于目標(biāo)物 體所在的升降平臺(tái)。 其中，所述不同視場(chǎng)大小是根據(jù)已知物距、CCD相機(jī)鏡頭的焦距以及光學(xué)成像理論 得到像距和圖像的縮小倍數(shù)，利用圖像上目標(biāo)物體所占區(qū)域的正方形邊長大小以及圖像的 縮小倍數(shù)計(jì)算出實(shí)際目標(biāo)物體在目標(biāo)物體托盤上所占的正方形區(qū)域的邊長尺寸；設(shè)定控制 升降平臺(tái)位置并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以改變觀測(cè)視場(chǎng)。 其中，由控制模塊對(duì)CCD相機(jī)工作溫度進(jìn)行自主設(shè)定并長時(shí)間鎖定，控制模塊通 過設(shè)定的參數(shù)或直接采用默認(rèn)值將相機(jī)的溫度設(shè)定、曝光時(shí)間、像素合并規(guī)格信號(hào)傳送到 CCD相機(jī)控制箱，由控制模塊完成對(duì)圖像信息采集部初始化、為降低噪聲提供低溫環(huán)境。
其中，所述有光線情況下目標(biāo)物體背景圖像和無光線情況下目標(biāo)物體熒光圖像的 數(shù)據(jù)采集選擇單幅獲取模式或連續(xù)獲取模式。 其中，圖像處理模塊包括對(duì)由CCD相機(jī)獲得的圖像數(shù)據(jù)或以文件方式打開的圖像 文件進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和位置轉(zhuǎn)換的功能，所述位置轉(zhuǎn)換功能依賴于對(duì)圖像處理的常用操作的 MITK圖像處理開發(fā)包。 其中，所述圖像處理模塊通過轉(zhuǎn)化每個(gè)像素值所占字節(jié)數(shù)以及相應(yīng)的圖像文件頭
對(duì)所獲取圖像進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化后的圖像格式，以便用其他圖像處理方式兼容。 其中，針對(duì)所述CCD相機(jī)寫入數(shù)據(jù)的偏移特定圖像處理模塊在去噪后對(duì)通過CCD
相機(jī)獲取圖像進(jìn)行復(fù)原，以糾正由CCD造成的圖像誤差。 其中，所述熒光圖像分割，是基于把圖像直方圖轉(zhuǎn)化為連續(xù)形式的面積積分確定 閾值對(duì)熒光圖像進(jìn)行分割。 其中，所述熒光圖像經(jīng)過去噪、復(fù)原、分割、加偽彩后與背景圖像進(jìn)行配準(zhǔn)后，其中 熒光圖像覆蓋背景圖像，進(jìn)而疊加為一幅圖像。 其中，所述加偽彩是過程動(dòng)態(tài)可調(diào)，采用交互式分割與加偽彩，直到滿意感興趣區(qū) 域的可見性。 其中，圖像處理模塊可根據(jù)用戶選區(qū)實(shí)時(shí)顯示鼠標(biāo)所在位置的光子數(shù)，以利于用 戶了解圖像信息，分析圖像特征，由用戶自主進(jìn)行感興趣區(qū)域選取，其選取方式為矩形、橢 圓形和多邊形。 其中，通過所述數(shù)據(jù)庫，對(duì)圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行增加，刪除，修改，查詢操作。 其中，在所述數(shù)據(jù)庫界面中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)覽，并直接打開進(jìn)入圖像處理和分析窗□。
本發(fā)明的有益效果是通過自發(fā)熒光成像設(shè)備以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法，利用標(biāo) 準(zhǔn)光源校正系數(shù)，自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)可對(duì)熒光素酶基因標(biāo)記細(xì)胞或DNA進(jìn)行成像與處 理，能夠?qū)ι矬w表逸出熒光的位置和強(qiáng)度進(jìn)行精確的分析、準(zhǔn)確的定位、定量數(shù)據(jù)。本發(fā) 明所涉及的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自發(fā)熒光成像技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)。本發(fā)明采取 積分球標(biāo)準(zhǔn)光校正和數(shù)字圖像處理方法解決光在復(fù)雜生物組織、探測(cè)光路的不確定問題， 從而建立探測(cè)到的熒光信號(hào)和光子量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提高了系統(tǒng)的精度。本發(fā)明針對(duì)熒光圖 像的四個(gè)特點(diǎn)1、低信噪比；2、信號(hào)較弱、3、邊緣模糊、4、可見性差，新提出了熒光圖像分 割算法。通過處理測(cè)量到的生物組織表面光的分布和強(qiáng)度，確定感興趣區(qū)域的位置、形狀和 強(qiáng)度。自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)可以探查小動(dòng)物病變過程中細(xì)胞和分子水平的異常，在尚無 解剖改變的疾病前檢出異常，為探索小動(dòng)物疾病的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移，以及分子生物學(xué)的實(shí) 驗(yàn)研究提供了有效的手段。


圖1為自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)示意圖。
圖2為自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。 如圖1所示本發(fā)明所涉及的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，主要包括機(jī)械圖像信息采集 部l和控制部2兩個(gè)方面，其中 圖像信息采集部1由暗箱11、 CCD相機(jī)12、鏡頭13、載物升降平臺(tái)14和CCD相機(jī) 控制箱15構(gòu)成，CCD相機(jī)12、鏡頭13和載物升降平臺(tái)14置于暗箱11中，CCD相機(jī)12與 CCD相機(jī)控制箱15連接，CCD相機(jī)12采用液氮致冷的CCD相機(jī)12。暗箱11由特殊材料制 作而成，其功能是隔離箱內(nèi)熒光和外界光噪聲，在暗箱11內(nèi)，需要獲取打開光源獲取背景 圖像和關(guān)閉光源獲取熒光圖像。 暗箱11內(nèi)設(shè)置有光源和載物升降平臺(tái)14。圖像信息采集部1主要功能是實(shí)現(xiàn)自 發(fā)熒光信號(hào)、彌散光學(xué)信號(hào)的采集，并將采集到的信號(hào)傳輸給控制部2，進(jìn)行分子影像處理。 CCD相機(jī)12為一種高精度光電探測(cè)器，該設(shè)備采用液氮制冷，正常工作溫度為-ll(TC。 CCD 相機(jī)12的探測(cè)平面平行于目標(biāo)物體所在載物升降平臺(tái)14，且升降臺(tái)底面顏色為黑色。載物 升降平臺(tái)14能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)物距，其工作原理為首先將被測(cè)物體托盤移動(dòng)到遠(yuǎn)場(chǎng)位置，并對(duì) 被測(cè)物體托盤及被測(cè)物體外形成像，然后分割被測(cè)物體所占區(qū)域并計(jì)算被測(cè)物體區(qū)域的尺 寸，最后根據(jù)計(jì)算出的區(qū)域尺寸計(jì)算物距并通過控制信號(hào)控制升降馬達(dá)移動(dòng)將被測(cè)物體托 盤到最佳物距位置，以改變觀測(cè)視場(chǎng)。 控制部2運(yùn)行在計(jì)算機(jī)服務(wù)器上，包括控制模塊21、圖像處理模塊22、交互式分析 模塊23及數(shù)據(jù)庫模塊24，其中 控制模塊21由控制驅(qū)動(dòng)和控制操作部分組成，控制模塊21與CCD相機(jī)控制箱15 連接，主要功能是精確定位控制載物升降臺(tái)14的升降和暗箱11內(nèi)光源的開閉，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的 邏輯時(shí)序控制、安全聯(lián)鎖控制以及工作流程順序控制，其功能主要是用高級(jí)語言調(diào)用底層 API實(shí)現(xiàn)。由控制模塊21對(duì)CCD相機(jī)12工作溫度進(jìn)行自主設(shè)定并長時(shí)間鎖定，控制模塊21通過用戶設(shè)定的參數(shù)或直接采用默認(rèn)值將相機(jī)的溫度設(shè)定、曝光時(shí)間、像素合并規(guī)格信
號(hào)傳送到CCD相機(jī)控制箱，由控制模塊完成對(duì)圖像信息采集部件的初始化，為降低噪聲提
供了低溫環(huán)境，同時(shí)保證CCD相機(jī)工作溫度不會(huì)因液氮的低溫而損害。 開啟白光燈獲取背景圖像以及關(guān)閉白光燈獲取熒光圖像數(shù)據(jù)可選擇單幅獲取模
式和連續(xù)獲取模式。尤其在短時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)探測(cè)生化反應(yīng)時(shí)，宜采用連續(xù)獲取模式。 圖像處理模塊包括對(duì)由CCD相機(jī)獲得的圖像數(shù)據(jù)或以文件方式打開、從數(shù)據(jù)庫打
開的圖像文件對(duì)所獲取圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和位置轉(zhuǎn)換功能。該功能實(shí)現(xiàn)主要依賴于醫(yī)學(xué)成
像開發(fā)包(MITK) ， MITK醫(yī)學(xué)成像開發(fā)包包括了對(duì)圖像處理的常用操作。 圖像處理模塊通過轉(zhuǎn)化每個(gè)像素值所占字節(jié)數(shù)以及相應(yīng)的圖像文件頭對(duì)所獲取
圖像進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以便與其他圖像格式例如tif、bmp，以便用其他圖像處理方式兼容。 針對(duì)CCD相機(jī)寫入數(shù)據(jù)的偏移特點(diǎn)，圖像處理模塊在去噪后采用逆向還原原理對(duì)
通過CCD相機(jī)所獲取圖像進(jìn)行復(fù)原，以糾正由CCD相機(jī)12造成的圖像誤差。 圖像處理模塊22目的是去除或抑制噪聲，提高信噪比并完成圖像的增強(qiáng)、分割、
加偽彩、配準(zhǔn)過程，以實(shí)現(xiàn)感興趣區(qū)域的準(zhǔn)確提取，并由此得到光子數(shù)密度進(jìn)而進(jìn)行科學(xué)分
析。對(duì)熒光圖像分割，是基于面積積分對(duì)熒光圖像分割。圖像處理模塊可根據(jù)用戶選區(qū)實(shí)
時(shí)顯示鼠標(biāo)所在位置的光子數(shù)，以利于用戶了解圖像信息，分析圖像特征。其加偽彩與分割
的過程動(dòng)態(tài)可調(diào)，采用交互式分割與加偽彩，直到滿意感興趣區(qū)域的可見性。積分球校準(zhǔn)是
經(jīng)過在整個(gè)系統(tǒng)中從透出小動(dòng)物體表的光經(jīng)過一定光路最終被CCD相機(jī)接受并轉(zhuǎn)化光信
號(hào)為電信號(hào)正向過程中光子的衰減量和轉(zhuǎn)化量確定系統(tǒng)的光子衰減系數(shù)并由此根據(jù)獲得
的灰度圖像反推轉(zhuǎn)化為光子數(shù)密度。針對(duì)熒光圖像的四個(gè)特點(diǎn)低信噪比、信號(hào)較弱、邊緣
模糊、可見性差的特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)、復(fù)原、分割、加偽彩處理，并與背景圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，并
且熒光圖像覆蓋背景圖像，進(jìn)而疊加為一幅圖像。 交互式分析模塊23主要提供一系列必須的圖像分析算法和工具。由用戶自主進(jìn) 行感興趣區(qū)域選取，其選取方式為矩形、橢圓形和多邊形。用戶可根據(jù)具體需要對(duì)圖像進(jìn)行 放大、縮小、平移與翻轉(zhuǎn)。 數(shù)據(jù)庫模塊24為采集、處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。通過基本的增、刪、查、改以 及相應(yīng)的預(yù)覽功能，可以方便的從圖像數(shù)據(jù)庫中定位圖像。同時(shí)數(shù)據(jù)庫的備份和還原功能 為數(shù)據(jù)資料的安全性提供了保證。通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行增加，刪除，修改， 查詢操作。在數(shù)據(jù)庫界面中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)覽，并直接打開進(jìn)入圖像處理和分析窗口。
控制部2主要功能就是對(duì)圖像進(jìn)行處理分析和管理。 如附圖1所示。設(shè)備中的圖像信息采集部1和控制部2通過數(shù)據(jù)總線和控制總線 連接在一起。 如圖2所示的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)流程圖，系統(tǒng)必須經(jīng)過積分球根據(jù)光路中光 子衰減量進(jìn)行校準(zhǔn)后采可進(jìn)行如下操作。自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)的使用操作包括如下步 驟 步驟1 :首先啟動(dòng)本發(fā)明的系統(tǒng)，開啟CCD相機(jī)控制箱，由控制模塊21向CCD相機(jī) 控制箱發(fā)送控制信號(hào)，如果總線連接暢通，則設(shè)定CCD相機(jī)的工作溫度成功，并從CCD相機(jī) 控制箱反饋溫度信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示CCD相機(jī)溫度。設(shè)定溫度后開始往CCD相機(jī)杜瓦瓶中注入 約5L液氮。本實(shí)驗(yàn)室在使用該發(fā)明時(shí)通過人工手動(dòng)操作，采用氣筒壓液氮罐中的液氮緩緩進(jìn)入CCD相機(jī)杜瓦瓶，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定溫度時(shí)自動(dòng)將本發(fā)明的系統(tǒng)鎖定( 一般需耗時(shí)70 分鐘)，鎖定后移走液氮罐，蓋上CCD相機(jī)杜瓦瓶蓋，防止CCD相機(jī)在不同放置位置時(shí)液氮 外流，將相機(jī)置于暗箱上相機(jī)孔中，并仔細(xì)調(diào)整相機(jī)位置，使光線不能從相機(jī)孔漏射到暗箱 中。步驟1完成后才可進(jìn)行下面的步驟。 步驟2 :設(shè)定獲取圖像的參數(shù)，控制模塊21向CCD相機(jī)控制箱發(fā)送控制信號(hào)，確定 CCD芯片中圖像數(shù)據(jù)獲取的曝光時(shí)間、合并格式。當(dāng)相機(jī)獲取完圖像數(shù)據(jù)口則按照設(shè)定的格 式向圖像處理模塊傳送圖像數(shù)據(jù)。同時(shí)為了區(qū)分背景圖像與熒光圖像，本發(fā)明對(duì)輸出圖像 進(jìn)行了圖像模式標(biāo)定，熒光圖像為l白光圖像為0。設(shè)定的參數(shù)信息將被存入SPE圖像格式 的頭文件，參數(shù)對(duì)于后面計(jì)算光子數(shù)密度是必須的。 步驟3 :獲取圖像，一般情況下采用單幅模式，如需要實(shí)時(shí)觀測(cè)則選擇連續(xù)模式。 用戶需分別在暗箱11開燈情況下拍攝物體外形圖像和暗箱11關(guān)燈情況下采集自發(fā)熒光圖 像。CCD相機(jī)控制箱則根據(jù)設(shè)定獲取圖像的參數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行格式化，并輸出給圖像處理模 塊。目標(biāo)物體外形圖像和熒光圖像是必須的，且要求目標(biāo)物體位置、姿態(tài)不發(fā)生變化。
步驟4 :圖像數(shù)據(jù)采集完后，系統(tǒng)自動(dòng)將數(shù)據(jù)送入圖像處理模塊22。將圖像數(shù)據(jù)送 入圖像處理模塊22的方式還可通過打開文件方式以及數(shù)據(jù)庫方式。打開已有文件時(shí)，首先 判斷圖像類型，分為三種背景模式0、熒光模式1、默認(rèn)模式2 ;背景模式O和熒光模式l兩 種方式用于打開用硬件部1采集但沒有對(duì)其圖像類型進(jìn)行標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)已 進(jìn)行標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)可用默認(rèn)模式即可。 步驟5 :圖像處理模塊22包含圖像復(fù)原算法。步驟4采集的數(shù)據(jù)進(jìn)入圖像處理模 塊首先要進(jìn)行圖像復(fù)原以糾正由CCD相機(jī)12寫出圖像數(shù)據(jù)時(shí)所造成的偏移誤差。圖像處 理模塊還包括分割、加偽彩、配準(zhǔn)。熒光圖像的處理過程與背景圖像的處理過程不同。熒光 圖像的處理環(huán)節(jié)包括分割、加偽彩和疊加過程，其中分割和加偽彩的算法動(dòng)態(tài)可調(diào)，本發(fā)明 針對(duì)熒光圖像信號(hào)弱特點(diǎn)，感興趣區(qū)域較難選定的問題，提供了自動(dòng)分割方法，該方法可獲 得分割應(yīng)興趣區(qū)域的較佳結(jié)果。背景圖像則只進(jìn)行簡單的灰度值拉伸處理。處理后的背景 圖像和熒光圖像進(jìn)行配準(zhǔn)處理，并依次來確定感興趣區(qū)域在目標(biāo)物體的準(zhǔn)確位置。
步驟6 :交互式分析模塊23包含選取感興趣區(qū)域和光子數(shù)計(jì)算，首先由用戶根據(jù) 感興趣區(qū)域形狀選區(qū)合適的選區(qū)工具，本發(fā)明提供三種模式，矩形、橢圓形、多邊形；然后手 動(dòng)選中感興趣區(qū)域，系統(tǒng)自動(dòng)在選中感興趣區(qū)域上方給出光子數(shù)密度，以此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析， 當(dāng)有多個(gè)感興區(qū)域時(shí)，本發(fā)明會(huì)給出所用感興趣區(qū)域的光子數(shù)密度。本發(fā)明提供了圖像的 放大、縮小、移動(dòng)工具，用戶可根據(jù)具體的需求進(jìn)行操作。用戶可以根據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù) 分析，同時(shí)根據(jù)分析結(jié)果是否滿意決定對(duì)圖像出具的取舍。 步驟7 :實(shí)驗(yàn)完畢后，重新設(shè)定CCD相機(jī)12的溫度(25°C )，等溫度再次鎖定后才 可關(guān)閉相機(jī)控制箱15電源，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。 以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
一種自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，該系統(tǒng)的圖像信息采集部包括CCD相機(jī)、鏡頭、暗箱、升降平臺(tái)、CCD相機(jī)，鏡頭和升降平臺(tái)置于暗箱中，CCD相機(jī)與CCD相機(jī)控制箱連接，其特征在于，還包括一控制部，與圖像信息采集部連接，控制部接收熒光圖像信號(hào)和彌散光學(xué)信號(hào)；所述控制部包括具有一控制模塊，其與圖像信息采集部的CCD相機(jī)控制箱連接，控制模塊生成邏輯時(shí)序控制、安全聯(lián)鎖控制以及順序控制信號(hào)，并且發(fā)出控制信號(hào)對(duì)升降臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)，用以提供不同視場(chǎng)大小的要求，再由CCD相機(jī)控制箱精確定位控制升降平臺(tái)的升降和暗箱內(nèi)光源的開閉，以實(shí)現(xiàn)獲取不同模式的圖像信息；具有一圖像處理模塊，其與圖像信息采集部的CCD相機(jī)控制箱連接，接收有光線情況下目標(biāo)物體背景圖像和無光線情況下目標(biāo)物體熒光圖像，并去除或抑制熒光圖像信號(hào)和彌散光學(xué)信號(hào)的噪聲，并對(duì)低信噪比、信號(hào)較弱、邊緣模糊、可見性差的熒光圖像進(jìn)行增強(qiáng)、復(fù)原、分割、加偽彩、配準(zhǔn)處理，提取并輸出熒光圖像感興趣區(qū)域信息，并通過積分球校準(zhǔn)的圖像信息采集部中的光路傳輸系統(tǒng)中光子能量的衰減系數(shù)還原像素值為透出體表的準(zhǔn)確光子數(shù)密度；具有一交互式分析模塊，其與圖像處理模塊連接，利用四種操作工具對(duì)目標(biāo)物體感興趣區(qū)域進(jìn)行選區(qū)，對(duì)圖像進(jìn)行放大、縮小、翻轉(zhuǎn)以及對(duì)各個(gè)選區(qū)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)；選定熒光圖像感興趣區(qū)域信息并進(jìn)行圖像分析，生成并輸出熒光圖像感興趣區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)；具有一數(shù)據(jù)庫模塊，其與交互式分析模塊連接，將背景圖像、熒光圖像以及處理結(jié)果保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫，并對(duì)熒光圖像感興趣區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、增加、刪除、修改、數(shù)據(jù)庫備份、數(shù)據(jù)庫還原的管理。
2 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，所述CCD相機(jī)為一種高精 度光電探測(cè)器，CCD相機(jī)的探測(cè)平面平行于目標(biāo)物體所在的升降平臺(tái)。
3. 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，所述不同視場(chǎng)大小是根 據(jù)已知物距、CCD相機(jī)鏡頭的焦距以及光學(xué)成像理論得到像距和圖像的縮小倍數(shù)，利用圖像 上目標(biāo)物體所占區(qū)域的正方形邊長大小以及圖像的縮小倍數(shù)計(jì)算出實(shí)際目標(biāo)物體在目標(biāo) 物體托盤上所占的正方形區(qū)域的邊長尺寸；設(shè)定控制升降平臺(tái)位置并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以改變觀 測(cè)視場(chǎng)。
4. 如權(quán)利要求l所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，由控制模塊對(duì)CCD相機(jī)工 作溫度進(jìn)行自主設(shè)定并長時(shí)間鎖定，控制模塊通過設(shè)定的參數(shù)或直接采用默認(rèn)值將相機(jī)的 溫度設(shè)定、曝光時(shí)間、像素合并規(guī)格信號(hào)傳送到CCD相機(jī)控制箱，由控制模塊完成對(duì)圖像信 息采集部初始化、為降低噪聲提供低溫環(huán)境。
5. 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，所述有光線情況下目標(biāo) 物體背景圖像和無光線情況下目標(biāo)物體熒光圖像的數(shù)據(jù)采集選擇單幅獲取模式或連續(xù)獲 取模式。
6. 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，圖像處理模塊包括對(duì)由 CCD相機(jī)獲得的圖像數(shù)據(jù)或以文件方式打開的圖像文件進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和位置轉(zhuǎn)換的功能， 所述位置轉(zhuǎn)換功能依賴于對(duì)圖像處理的常用操作的MITK圖像處理開發(fā)包。
7. 如權(quán)利要求l所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理模塊通過轉(zhuǎn)化每個(gè)像素值所占字節(jié)數(shù)以及相應(yīng)的圖像文件頭對(duì)所獲取圖像進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化后的 圖像格式，以便用其他圖像處理方式兼容。
8. 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，針對(duì)所述CCD相機(jī)寫入數(shù) 據(jù)的偏移特定圖像處理模塊在去噪后對(duì)通過CCD相機(jī)獲取圖像進(jìn)行復(fù)原，以糾正由CCD造 成的圖像誤差。
9. 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，所述熒光圖像分割，是基 于直方圖轉(zhuǎn)化為連續(xù)形式的面積積分確定分割閾值對(duì)熒光圖像分割。
10. 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，所述熒光圖像經(jīng)過去 噪、復(fù)原、分割、加偽彩后與背景圖像進(jìn)行配準(zhǔn)后，其中熒光圖像覆蓋背景圖像，進(jìn)而疊加為一幅圖像。
11. 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，所述加偽彩是過程動(dòng)態(tài) 可調(diào)，采用交互式分割與加偽彩，直到滿意感興趣區(qū)域的可見性。
12. 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，圖像處理模塊可根據(jù)用 戶選區(qū)實(shí)時(shí)顯示鼠標(biāo)所在位置的光子數(shù)，以利于用戶了解圖像信息，分析圖像特征，由用戶 自主進(jìn)行感興趣區(qū)域選取，其選取方式為矩形、橢圓形和多邊形。
13. 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，通過所述數(shù)據(jù)庫，對(duì)圖 像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行增加，刪除，修改，查詢操作。
14. 如權(quán)利要求1所述的自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，其特征在于，在所述數(shù)據(jù)庫界面中對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)覽，并直接打開進(jìn)入圖像處理和分析窗口 。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，由暗箱、CCD相機(jī)鏡頭控制模塊、圖像處理模塊、交互式分析模塊及數(shù)據(jù)庫模塊。通過積分球校準(zhǔn)的系統(tǒng)系數(shù)，本系統(tǒng)能通過像素值轉(zhuǎn)化為感興趣區(qū)域的光子數(shù)密度。設(shè)定CCD相機(jī)溫度值并將其鎖定后系統(tǒng)方可進(jìn)行工作。首先打開暗箱中光源拍攝目標(biāo)物體的外形，然后關(guān)閉光源捕捉投射出被測(cè)物體體表的熒光信號(hào)，處理后并將其與外形圖片疊加。用戶通過選區(qū)工具選定感興趣區(qū)域而得到光子數(shù)密度值，依此進(jìn)行科學(xué)研究。本發(fā)明系統(tǒng)同時(shí)提供數(shù)據(jù)庫功能方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和圖像預(yù)覽。本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，功能顯著，操作方便，費(fèi)用低，可廣泛應(yīng)用于小動(dòng)物在體、無創(chuàng)生物實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G06F17/30GK101766476SQ200910088589
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者常志軍, 楊鑫, 田捷, 邢雨 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所