專利名稱：一種多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分子層析成像系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前運(yùn)用計(jì)算機(jī)層析(CT，Computed Tomography)成像技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體的 非侵入式三維成像，包括對(duì)生物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)層析成像和功能層析成像。其中，結(jié)構(gòu)層析 成像技術(shù)包括X射線層析成像(XCT)、核磁共振成像(MRI，nuclear magneticresonance imaging)、正電子發(fā)射斷層成像(PET，Positron Emission Tomography)和單光子發(fā)射斷層 成像(SPECT，single photon emission computed tomography)等，現(xiàn)均己廣泛應(yīng)用于I臨床 診斷，但上述各種成像技術(shù)都僅針對(duì)某一類生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征成像，并且大多系統(tǒng)造價(jià) 昂貴?；诠鈱W(xué)分子的功能層析成像技術(shù)包括擴(kuò)散光學(xué)層析成像(DOT，Diffuse Optical Tomography)、激發(fā)熒光分子層析成像(FMT, FlorescenceMolecular Tomography)和自發(fā)熒 光分子層析成像(BLT，Bioluminescence Tomography)等，它們?nèi)蕴幱诶碚摪l(fā)展的研究階 段，尚未獲得令人滿意的重建結(jié)果。在一個(gè)成像系統(tǒng)中融合多種層析技術(shù)，不僅能提高各層析模態(tài)的重建速度和重建 圖像質(zhì)量，還能極大地豐富最終重建圖像的信息量，是當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn) 和發(fā)展方向。目前已提出的多模態(tài)融合成像系統(tǒng)，包括論文公開發(fā)表的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和國(guó)際先 進(jìn)醫(yī)療影像公司研發(fā)的科研級(jí)產(chǎn)品設(shè)備，其中大部分僅是針對(duì)各模態(tài)投影(二維)圖像的 融合系統(tǒng)，而并不具備層析成像的功能。盡管也出現(xiàn)了針對(duì)XCT、FMT以及BLT模態(tài)下層析 (三維)圖像的融合系統(tǒng)，但是，該融合系統(tǒng)遵循的是先對(duì)各模態(tài)分別完成層析重建、再對(duì) 各層析圖像進(jìn)行融合的思路，使得重建耗時(shí)較長(zhǎng)并且重建圖像質(zhì)量受限于各個(gè)模態(tài)的重建 圖像質(zhì)量，此外尚無包括DOT模態(tài)在內(nèi)的層析圖像融合。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種將XCT、DOT、BLT和FMT多種模態(tài)進(jìn)行融 合的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特 征在于包括向待掃描物體投射掃描光的X射線源、近紅外激光光源和有限譜寬光源中的 一種或多種光源，以及電動(dòng)載物裝置、成像裝置和控制與處理裝置；所述成像裝置獲取經(jīng)掃 描后的待掃描物體表面出射的X射線、可見光或近紅外光的強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)，輸入所述控制 與處理裝置；所述控制與處理裝置通過所述電動(dòng)載物裝置控制所述待掃描物體動(dòng)作；所述 控制與處理裝置包括一層析成像模塊，所述層析成像模塊用于接收所述成像裝置的數(shù)據(jù)， 利用XCT和DOT模態(tài)重建物體外部邊界和內(nèi)部各組織邊緣時(shí)的相似信息，融合重建出XCT、 DOT、FMT和BLT各單模態(tài)或多模態(tài)融合后的層析圖像，并輸出。所述層析成像模塊包括一 XCT與DOT交互重建模塊，包括目標(biāo)函數(shù)模型和迭代模 塊，用于接收所述成像裝置輸入的X射線強(qiáng)度分布和近紅外光強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)，并將各數(shù)據(jù)
4輸入所述目標(biāo)函數(shù)模型和迭代模塊，融合重建出XCT和DOT模態(tài)下的層析圖像；一幾何模型 生成模塊，用于接收XCT模態(tài)下的層析圖像，并將XCT模態(tài)下的層析圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿S幾何結(jié) 構(gòu)模型；一 FMT重建模塊，用于接收所述成像裝置測(cè)得的待掃描物體表面受激出射的熒光 強(qiáng)度分布、所述幾何模型生成模塊輸出的三維幾何結(jié)構(gòu)模型以及所述XCT與DOT交互重建 模塊輸出的DOT模態(tài)下的層析圖像，并根據(jù)輸入的各數(shù)據(jù)重建FMT模態(tài)下的層析圖像；一 BLT重建模塊，用于接收所述成像裝置測(cè)得的待掃描物體表面自發(fā)出射的熒光強(qiáng)度分布、所 述幾何模型生成模塊輸出的三維幾何結(jié)構(gòu)模型以及所述XCT與DOT交互重建模塊輸出的 DOT模態(tài)下的層析圖像，并根據(jù)輸入的各數(shù)據(jù)重建BLT模態(tài)下的層析圖像；一三維圖像顯示 模塊，用于接收由所述XCT與DOT交互重建模塊輸出的XCT和DOT模態(tài)下的層析圖像、由所 述BLT重建模塊輸出的BLT模態(tài)下的層析圖像以及由所述FMT重建模塊輸出的FMT模態(tài)下 的層析圖像，并對(duì)各圖像進(jìn)行同尺度空間配準(zhǔn)和圖像融合，輸出單模態(tài)圖像或多模態(tài)融合 的層析圖像。
權(quán)利要求
一種多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于包括向待掃描物體投射掃描光的X射線源、近紅外激光光源和有限譜寬光源中的一種或多種光源，以及電動(dòng)載物裝置、成像裝置和控制與處理裝置；所述成像裝置獲取經(jīng)掃描后的待掃描物體表面出射的X射線、可見光或近紅外光的強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)，輸入所述控制與處理裝置；所述控制與處理裝置通過所述電動(dòng)載物裝置控制所述待掃描物體動(dòng)作；所述控制與處理裝置包括一層析成像模塊，所述層析成像模塊用于接收所述成像裝置的數(shù)據(jù)，利用XCT和DOT模態(tài)重建物體外部邊界和內(nèi)部各組織邊緣時(shí)的相似信息，融合重建出XCT、DOT、FMT和BLT各單模態(tài)或多模態(tài)融合后的層析圖像，并輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述層析成像模塊包括一 XCT與DOT交互重建模塊，包括目標(biāo)函數(shù)模型和迭代模塊，用于接收所述成像裝置輸 入的X射線強(qiáng)度分布和近紅外光強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)，并將各數(shù)據(jù)輸入所述目標(biāo)函數(shù)模型和迭代 模塊，融合重建出XCT和DOT模態(tài)下的層析圖像；一幾何模型生成模塊，用于接收XCT模態(tài)下的層析圖像，并將XCT模態(tài)下的層析圖像轉(zhuǎn) 變?yōu)槿S幾何結(jié)構(gòu)模型；一 FMT重建模塊，用于接收所述成像裝置測(cè)得的待掃描物體表面受激出射的熒光強(qiáng)度 分布、所述幾何模型生成模塊輸出的三維幾何結(jié)構(gòu)模型以及所述XCT與DOT交互重建模塊 輸出的DOT模態(tài)下的層析圖像，并根據(jù)輸入的各數(shù)據(jù)重建FMT模態(tài)下的層析圖像；一 BLT重建模塊，用于接收所述成像裝置測(cè)得的待掃描物體表面自發(fā)出射的熒光強(qiáng)度 分布、所述幾何模型生成模塊輸出的三維幾何結(jié)構(gòu)模型以及所述XCT與DOT交互重建模塊 輸出的DOT模態(tài)下的層析圖像，并根據(jù)輸入的各數(shù)據(jù)重建BLT模態(tài)下的層析圖像；一三維圖像顯示模塊，用于接收由所述XCT與DOT交互重建模塊輸出的XCT和DOT模 態(tài)下的層析圖像、由所述BLT重建模塊輸出的BLT模態(tài)下的層析圖像以及由所述FMT重建 模塊輸出的FMT模態(tài)下的層析圖像，并對(duì)各圖像進(jìn)行同尺度空間配準(zhǔn)和圖像融合，輸出單 模態(tài)圖像或多模態(tài)融合的層析圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述目標(biāo)函數(shù)模型的 表達(dá)形式為
4.如權(quán)利要求2所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述迭代模塊中預(yù)置 有DOT和XCT模態(tài)的正問題模型Md、Me,迭代增量計(jì)算模塊和差異閾值，用于構(gòu)建XCT模態(tài) 和DOT模態(tài)的交互式重建算法。
5.如權(quán)利要求2所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述層析成像模塊還 包括一 XCT重建模塊，用于接收所述成像裝置測(cè)得的物體表面出射的X射線強(qiáng)度分布，重建 出待掃描物體的XCT模態(tài)下的層析圖像；一 DOT重建模塊，用于接收所述成像裝置測(cè)得的物體表面出射的近紅外光強(qiáng)分布，重 建出待掃描物體的DOT模態(tài)下的層析圖像。
6.如權(quán)利要求1所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述電動(dòng)載物裝置 包括一具有導(dǎo)軌的電控平移臺(tái)，所述電控平移臺(tái)通過一轉(zhuǎn)接板連接兩磁性表座；所述導(dǎo)軌 上滑動(dòng)連接一沿其做平移的轉(zhuǎn)接支架，所述轉(zhuǎn)接支架固連一探出所述電控平移臺(tái)之外的 窗口 ；所述窗口內(nèi)的一側(cè)固連有一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)，所述電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的載臺(tái)上固設(shè)有第一套管 支撐，該套管支撐與一裝載待掃描物體用的載物套管固連；所述載物套管的另一端固連第 二套管支撐，該第二套管支撐通過一軸固設(shè)在一從動(dòng)軸承中；所述從動(dòng)軸承的軸承座固設(shè) 在所述窗口底部，并與所述電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的載臺(tái)相對(duì)；所述電控平移臺(tái)和電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)均通過 一二軸步進(jìn)電機(jī)電連接所述控制與處理裝置中的載物驅(qū)動(dòng)模塊。
7.如權(quán)利要求1或6所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述控制與處理 裝置還包括一載物驅(qū)動(dòng)模塊，用于控制所述電控平移臺(tái)和電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡和操作時(shí) 間進(jìn)行控制。
8.如權(quán)利要求1所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述X射線源是能夠 產(chǎn)生呈圓錐體狀X射線的光源。
9.如權(quán)利要求1所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述近紅外激光光源 包括一臺(tái)以上近紅外激光器和一激光束準(zhǔn)直投射器；每一所述近紅外激光器輸出的光分別 經(jīng)過一尾纖，再同時(shí)依次經(jīng)一光纖合束器和一單模光纖跳線，進(jìn)入一 FC/PC接口 ；所述激光 束準(zhǔn)直投射器包括一準(zhǔn)直所述FC/PC接口出射的近紅外光用的準(zhǔn)直鏡，以及位于所述準(zhǔn)直 鏡準(zhǔn)直后的光路上的兩個(gè)相對(duì)角度可調(diào)的反射鏡。
10.如權(quán)利要求1所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述有限譜寬光源包 括一可見光譜段的光源，該光源產(chǎn)生的可見光經(jīng)一中性濾光片光能衰減后，再依次通過一 窄帶濾光片和一會(huì)聚透鏡組，會(huì)聚到由FC/PC接口固定的一光纖跳線的纖芯上。
11.如權(quán)利要求1所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述成像裝置包括一 斜面與待掃描物體產(chǎn)生的光成45°角的反射棱鏡，所述反射棱鏡的反射光路上設(shè)置有一科 學(xué)級(jí)CCD光電探測(cè)器；所述CCD光電探測(cè)器的入光口沿入射光路方向依次設(shè)置有濾光片、變 焦_變光闌透鏡組、機(jī)械快門和CXD芯片；所述CXD芯片電連接所述層析成像模塊。
12.如權(quán)利要求10所述的多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于接近成像物面的截 面處設(shè)置有一 X射線_可見光轉(zhuǎn)換磷屏。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多模態(tài)分子層析成像系統(tǒng)，其特征在于包括向待掃描物體投射掃描光的X射線源、近紅外激光光源和有限譜寬光源中的一種或多種光源，以及電動(dòng)載物裝置、成像裝置和控制與處理裝置；所述成像裝置獲取經(jīng)掃描后的待掃描物體表面出射的X射線、可見光或近紅外光的強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)，輸入所述控制與處理裝置；所述控制與處理裝置通過所述電動(dòng)載物裝置控制所述待掃描物體動(dòng)作；所述控制與處理裝置包括一層析成像模塊，所述層析成像模塊用于接收所述成像裝置的數(shù)據(jù)，利用XCT和DOT模態(tài)重建物體外部邊界和內(nèi)部各組織邊緣時(shí)的相似信息，融合重建出XCT、DOT、FMT和BLT各單模態(tài)或多模態(tài)融合后的層析圖像，并輸出。本發(fā)明適用于X射線及光學(xué)生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域。
文檔編號(hào)A61B19/00GK101984928SQ20101029937
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者盧彥斌, 司遠(yuǎn)征, 周宇, 周鐵, 姜明, 楊建生, 毛珩, 約翰·華萊士·埃默森 申請(qǐng)人:北京大學(xué)