專利名稱：滾筒式多模融合三維斷層成像系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)分子影像領(lǐng)域，涉及多模融合的成像系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)分子影像技術(shù)可無(wú)創(chuàng)、連續(xù)、在體、早期地將影響腫瘤行為以及腫瘤對(duì)藥物治療反應(yīng)的特定分子的表達(dá)和活動(dòng)以及生理過(guò)程進(jìn)行可視化，突破了傳統(tǒng)影像技術(shù)只能顯示病變所弓I起的解剖結(jié)構(gòu)變化的局限。光學(xué)分子影像系統(tǒng)相比于其他小動(dòng)物在體分子影像設(shè)備，具有靈敏度高、特異性好、結(jié)果直觀、測(cè)量快速、費(fèi)用低廉等諸多優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)使之發(fā)展成為一種理想的小動(dòng)物在體成像技術(shù)，并逐漸成為醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用必不可少的工具。隨著分子影像研究的不斷深入，原被廣泛使用的平面光學(xué)分子影像技術(shù)不能對(duì)所觀察的目標(biāo)進(jìn)行定量的三維成像，越來(lái)越不能滿足生物醫(yī)學(xué)研究的需要。同時(shí)，單一的光學(xué)分子影像技術(shù)不能提供生物體全面的生理病理信息，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤等重大疾病的精確診斷以及對(duì)藥物療效的準(zhǔn)確有效評(píng)價(jià)。于是近年來(lái)，一些涉及多模態(tài)分子影像系統(tǒng)和方法的挑戰(zhàn)性問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)出來(lái):能否利用同一成像系統(tǒng)對(duì)同一生物體進(jìn)行在體細(xì)胞分子水平、功能代謝水平、解剖結(jié)構(gòu)水平等多種生理病理信息的成像與融合？能否在腫瘤等重大疾病發(fā)生機(jī)理研究中充分利用多模態(tài)分子影像所提供的定位和定量的數(shù)據(jù)信息？因此，必須通過(guò)融合多種模態(tài)的成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)取長(zhǎng)補(bǔ)短和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而更全面、更完整地獲取生物體解剖結(jié)構(gòu)水平、功能代謝水平和細(xì)胞分子水平的生理病理信息；這也成為當(dāng)前分子影像技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)，也是極具有挑戰(zhàn)性的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滾筒式多模融合三維斷層成像系統(tǒng)和方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，一種滾筒式多模融合三維斷層成像系統(tǒng)，包括:數(shù)據(jù)采集模塊，采集成像樣品的激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)；中央控制與數(shù)據(jù)傳輸模塊，控制所述數(shù)據(jù)采集模塊的工作運(yùn)行狀態(tài)，并將采集到的各種模態(tài)信息傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊，對(duì)采集到的各種模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重建三維成像樣品內(nèi)部的光源分布。
本發(fā)明能夠同機(jī)實(shí)現(xiàn)激發(fā)熒光成像、生物自發(fā)光成像、切倫科夫熒光成像、X射線斷層成像的多模態(tài)影像獲取，能同時(shí)、快速地得到成像樣品的生物信息，并能使成像樣品的不同模態(tài)數(shù)據(jù)在物理位置上得以無(wú)縫融合。能反映樣品接受藥物治療后病灶區(qū)的活細(xì)胞剩余量，能體現(xiàn)治療過(guò)程中藥物在樣品全身的代謝情況，為評(píng)估藥效提供更全面依據(jù)。


圖1為本發(fā)明的總體組成模塊框圖。
圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法流程圖。圖3為本發(fā)明的使用步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(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。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案中所涉及的各個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題。應(yīng)指出的是，所描述的實(shí)例僅旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。本發(fā)明提供一種滾筒式多模融合三維斷層成像系統(tǒng)和方法，本系統(tǒng)能夠同機(jī)實(shí)現(xiàn)激發(fā)熒光成像、生物自發(fā)光成像、切倫科夫熒光成像、X射線斷層成像的多模態(tài)影像獲取，能同時(shí)、快速地得到成像樣品的生物信息，并能使成像樣品的不同模態(tài)數(shù)據(jù)在物理位置上得以無(wú)縫融合，為后續(xù)光子傳輸模型的建立和數(shù)據(jù)三維重建的求解提供更準(zhǔn)確的先驗(yàn)知識(shí)，最終結(jié)合可視化技術(shù)對(duì)成像結(jié)果進(jìn)行立體繪制，使用戶能直觀地看到三維斷層成像結(jié)果并對(duì)其作定位與定量等分析，可用于分析成像樣品體內(nèi)的病灶區(qū)在藥物治療前后的連續(xù)生理活動(dòng)過(guò)程。下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的多模融合三維斷層成像系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的總體組成模塊框圖請(qǐng)參閱圖1，共包括三大模塊，分別是:數(shù)據(jù)采集模塊(I)、中央控制與數(shù)據(jù)傳輸模塊(2)、數(shù)據(jù)處理模塊(3)。數(shù)據(jù)采集模塊(I)用于對(duì)成像樣品進(jìn)行多種模態(tài)的掃描，得到成像樣品的在體分子功能信息、生理代謝信息、解剖結(jié)構(gòu)信息。該模塊包含:激發(fā)光源子模塊(11) ，用于發(fā)出激發(fā)光照射成像樣品；光學(xué)信號(hào)接收子模塊(12)，用于接收成像樣品的激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)；X射線發(fā)射與探測(cè)子模塊(13)，用于采集成像樣品的X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)；成像樣品承載子模塊(14)，用于放置成像樣品；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)機(jī)身子模塊(15)，用于承載和按指定度數(shù)旋轉(zhuǎn)激發(fā)光源子模塊(11)、光學(xué)信號(hào)接收子模塊(12)，和X射線發(fā)射與探測(cè)子模塊(13)。中央控制與數(shù)據(jù)傳輸模塊(2)用于控制數(shù)據(jù)采集模塊中各子模塊的工作運(yùn)行狀態(tài)，并將接收到的各模態(tài)信息傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊。該模塊主要包括控制總線和數(shù)據(jù)傳輸總線，并提供一個(gè)可視化的操作界面，供用戶根據(jù)需求對(duì)設(shè)備進(jìn)行便捷的交互操作。數(shù)據(jù)處理模塊(3)用于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、分割、配準(zhǔn)、離散化等處理，并建立光子傳輸模型，三維重建出樣品體內(nèi)光源分布，即病灶區(qū)分布，最終結(jié)合可視化技術(shù)對(duì)成像結(jié)果進(jìn)行立體繪制，使用戶能直觀地看到三維斷層成像結(jié)果并對(duì)病灶區(qū)作定位與定量等分析，該數(shù)據(jù)處理方法流程圖請(qǐng)參閱圖2。該模塊包含:數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊(31)，用于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、分割、配準(zhǔn)、離散化等預(yù)處理，得到成像樣品的體表、骨骼、器官和組織等的三維解剖結(jié)構(gòu)，及多角度二維光學(xué)模態(tài)數(shù)據(jù)在樣品體表上的三維光強(qiáng)分布；光子傳輸模型計(jì)算子模塊(32)，用于為預(yù)處理后的數(shù)據(jù)建立光子在成像樣品體內(nèi)的擴(kuò)散方程傳輸模型；快速三維重建子模塊(33)，基于I2范數(shù)的優(yōu)化策略求解光學(xué)傳輸模型計(jì)算子模塊(32)提供的成像樣品體表光強(qiáng)分布與未知體內(nèi)光強(qiáng)分布的線性關(guān)系方程，得到成像樣品體內(nèi)光強(qiáng)的分布情況；可視化與定量分析子模塊(34)，對(duì)成像樣品的解剖結(jié)構(gòu)及其體內(nèi)的光強(qiáng)分布進(jìn)行三維繪制。作為一種具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案，本發(fā)明的使用流程圖請(qǐng)參閱圖3，詳細(xì)步驟如下:步驟1:放置成像樣品。將成像樣品放置在成像樣品臺(tái)上，在水平和豎直方向上調(diào)整樣品臺(tái)的位置，使成像樣品位于光學(xué)平臺(tái)的圓心處。由于成像樣品承載子模塊(14)與光學(xué)平臺(tái)是分離的，故在后續(xù)步驟中當(dāng)光學(xué)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，成像樣品始終保持水平靜止。步驟2:采集激發(fā)熒光成像數(shù)據(jù)。通過(guò)中央控制與數(shù)據(jù)傳輸模塊(2)控制數(shù)據(jù)采集模塊(I)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)機(jī)身子模塊(15)帶動(dòng)光學(xué)平臺(tái)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，可以設(shè)置多種旋轉(zhuǎn)角度時(shí)保持靜止，本實(shí)施例設(shè)置其旋轉(zhuǎn)至O度、90度、180度、270度時(shí)保持靜止。在靜止期間，由模塊(2)啟動(dòng)激發(fā)光源子模塊(11)發(fā)出激發(fā)光照射成像樣品，同時(shí)由光學(xué)信號(hào)接收子模塊(12)采集成像樣品的激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)，并通過(guò)模塊(2)將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊(3)進(jìn)行存儲(chǔ)。采集完成后，模塊(15)帶動(dòng)光學(xué)平臺(tái)按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至初始O度位置。

步驟3:采集X射線斷層成像數(shù)據(jù)。通過(guò)模塊(2)控制模塊(15)帶動(dòng)光學(xué)平臺(tái)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，并設(shè)置其每旋轉(zhuǎn)I度后保持靜止，直至完成360度的旋轉(zhuǎn)。在靜止期間，由模塊(2)啟動(dòng)X射線發(fā)射與探測(cè)子模塊(13)，當(dāng)X射線源發(fā)出椎束X射線穿透成像樣品后，由對(duì)面的X射線探測(cè)器采集成像樣品的X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)，并通過(guò)模塊(2)將數(shù)據(jù)傳輸給模塊(3)進(jìn)行存儲(chǔ)。采集完成后，模塊(15)帶動(dòng)光學(xué)平臺(tái)按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至初始O度位置。步驟4:預(yù)處理采集數(shù)據(jù)。通過(guò)模塊(3)的數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊(31)對(duì)采集到的多角度二維光學(xué)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像數(shù)據(jù)進(jìn)行分割、離散化、配準(zhǔn)等預(yù)處理。利用圖像分割技術(shù)處理X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)，提取成像樣品的體表、骨骼、器官、組織等三維解剖結(jié)構(gòu)；利用圖像離散化技術(shù)將分割后的成像樣品三維數(shù)據(jù)離散成固定個(gè)數(shù)的點(diǎn)集，以便后續(xù)配準(zhǔn)，其中點(diǎn)集的疏密程度視實(shí)際計(jì)算需求而定；利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)將離散化后的三維體表分別與多角度二維光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間配準(zhǔn)，匹配后將光學(xué)數(shù)據(jù)中的光強(qiáng)能量信息映射到成像樣品的三維體表上。步驟5:建立光子傳輸模型。通過(guò)光子傳輸模型計(jì)算子模塊(32)建立光子在成像樣品體內(nèi)的擴(kuò)散方程傳輸模型:
權(quán)利要求
1.一種滾筒式多模融合三維斷層成像系統(tǒng)，包括: 數(shù)據(jù)采集模塊(I)，采集成像樣品的激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)； 中央控制與數(shù)據(jù)傳輸模塊(2)，控制所述數(shù)據(jù)采集模塊(I)的工作運(yùn)行狀態(tài)，并將采集到的各種模態(tài)信息傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊； 數(shù)據(jù)處理模塊(3)，對(duì)采集到的各種模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重建三維成像樣品內(nèi)部的光源分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集模塊包括: 激發(fā)光源子模塊(11)，用于發(fā)出激發(fā)光照射成像樣品； 光學(xué)信號(hào)接收子模塊(12)，用于接收成像樣品的激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)； X射線發(fā)射與探測(cè)子模塊(13)，用于采集成像樣品的X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)； 成像樣品承載子模塊(14)，用于放置成像樣品； 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)機(jī)身子模塊(15)，用于承載和旋轉(zhuǎn)激發(fā)光源子模塊(11)、光學(xué)信號(hào)接收子模塊(12)，和X射線發(fā)射與探測(cè)子模塊(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)機(jī)身子模塊在采集光學(xué)模態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)至O度、90度、180度、270度保持靜止。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)機(jī)身子模塊在采集X射線斷層成像時(shí)，每旋轉(zhuǎn)一度保持靜止。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊(3)包括: 數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊(31)，用于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、分割、配準(zhǔn)、離散化等預(yù)處理，得到成像樣品的體表、骨骼、器官和組織等的三維解剖結(jié)構(gòu)以及多角度二維光學(xué)模態(tài)數(shù)據(jù)在樣品體表上的三維光強(qiáng)分布； 光子傳輸模型計(jì)算子模塊(32)，用于為預(yù)處理后的數(shù)據(jù)建立光子在成像樣品體內(nèi)的擴(kuò)散方程傳輸模型； 快速三維重建子模塊(33)，基于I2范數(shù)的優(yōu)化策略求解光學(xué)傳輸模型計(jì)算子模塊(32)提供的成像樣品體表光強(qiáng)分布與未知體內(nèi)光強(qiáng)分布的線性關(guān)系方程，得到成像樣品體內(nèi)光強(qiáng)的分布情況； 可視化與定量分析子模塊(34)，對(duì)成像樣品的解剖結(jié)構(gòu)及其體內(nèi)的光強(qiáng)分布進(jìn)行三維繪制。
6.一種滾筒式多模融合三維斷層成像系統(tǒng)，包括: 數(shù)據(jù)采集模塊(I)，采集成像樣品的生物自發(fā)光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)； 中央控制與數(shù)據(jù)傳輸模塊(2)，控制所述數(shù)據(jù)采集模塊(I)的工作運(yùn)行狀態(tài)，并將采集到的各種模態(tài)信息傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊(3)； 數(shù)據(jù)處理模塊(3)，對(duì)采集到的各種模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重建三維成像樣品內(nèi)部的光源分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集模塊包括: 光學(xué)信號(hào)接收子模塊(12)，用于接收成像樣品的生物自發(fā)光成像模態(tài)數(shù)據(jù)； X射線發(fā)射與探測(cè)子模塊(13)，用于采集X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)；成像樣品承載子模塊(14)，用于放置成像樣品。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊(3)包括: 數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊(31)，對(duì)采集到的多角度二維生物自發(fā)光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到成像樣品的體表、骨骼、器官和組織等的三維解剖結(jié)構(gòu)，以及生物自發(fā)光成像模態(tài)數(shù)據(jù)在成像樣品體表上的三維光強(qiáng)分布； 光學(xué)傳輸模型計(jì)算子模塊(32)，建立光子在成像樣品體內(nèi)的擴(kuò)散方程傳輸模型； 三維重建子模塊(33)，基于I2范數(shù)的優(yōu)化策略求解光學(xué)傳輸模型計(jì)算子模塊(32)提供的成像樣品體表光強(qiáng)分布與未知體內(nèi)光強(qiáng)分布的線性關(guān)系方程，得到成像樣品體內(nèi)光強(qiáng)的分布情況； 可視化與定量分析子模塊(34)，對(duì)成像樣品的解剖結(jié)構(gòu)及其體內(nèi)的光強(qiáng)分布進(jìn)行三維繪制。
9.一種滾筒式多模融合三維斷層成像系統(tǒng)，包括: 數(shù)據(jù)采集模塊(I)，采集成像樣品的切倫科夫熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)； 中央控制與數(shù)據(jù)傳輸模塊(2)，控制所述數(shù)據(jù)采集模塊(I)的工作運(yùn)行狀態(tài)，并將采集到的各種模態(tài)信息傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊(3)； 數(shù)據(jù)處理模塊(3)，對(duì)采集到的各種模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重建三維成像樣品內(nèi)部的光源分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的 系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集模塊包括: 光學(xué)信號(hào)接收子模塊(12)，用于接收成像樣品的切倫科夫熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)； X射線發(fā)射與探測(cè)子模塊(13)，用于采集X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)； 成像樣品承載子模塊(14)，用于放置成像樣品。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊(3)包括: 數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊(31)，對(duì)采集到的多角度二維切倫科夫熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到成像樣品的體表、骨骼、器官和組織等的三維解剖結(jié)構(gòu)，以及生物自發(fā)光成像模態(tài)數(shù)據(jù)在成像樣品體表上的三維光強(qiáng)分布； 光學(xué)傳輸模型計(jì)算子模塊(32)，建立光子在成像樣品體內(nèi)的擴(kuò)散方程傳輸模型； 三維重建子模塊(33)，基于I2范數(shù)的優(yōu)化策略求解光學(xué)傳輸模型計(jì)算子模塊(32)提供的成像樣品體表光強(qiáng)分布與未知體內(nèi)光強(qiáng)分布的線性關(guān)系方程，得到成像樣品體內(nèi)光強(qiáng)的分布情況； 可視化與定量分析子模塊(34)，對(duì)成像樣品的解剖結(jié)構(gòu)及其體內(nèi)的光強(qiáng)分布進(jìn)行三維繪制。
12.一種滾筒式多模融合三維斷層成像方法，包括步驟: 采集成像樣品的激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)； 控制數(shù)據(jù)采集模塊的工作運(yùn)行狀態(tài)，并將采集到的各種模態(tài)信息傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊； 對(duì)采集到的各種模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重建三維成像樣品內(nèi)部的光源分布。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集步驟包括: 發(fā)出激發(fā)光照射成像樣品；采集成像樣品的激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)； 采集成像樣品的X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理步驟包括: 對(duì)采集到的多角度二維激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到成像樣品的體表、骨骼、器官和組織等的三維解剖結(jié)構(gòu)，以及激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)在樣品體表上的三維光強(qiáng)分布； 建立光子在成像樣品體內(nèi)的擴(kuò)散方程傳輸模型； 基于I2范數(shù)的優(yōu)化策略求解光學(xué)傳輸模型計(jì)算子模塊(32)提供的成像樣品體表光強(qiáng)分布與未知體內(nèi)光強(qiáng)分布的線性關(guān)系方程，得到成像樣品體內(nèi)光強(qiáng)的分布情況； 對(duì)成像樣品的解剖結(jié)構(gòu)及其體內(nèi)的光強(qiáng)分布進(jìn)行三維繪制。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其特征在于所述光子傳輸模型表不為:
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述方法,其特征在于,成像樣品體表光強(qiáng)分布與未知體內(nèi)光強(qiáng)分布的線性關(guān)系方程表示為:
17.一種滾筒式多模融合三維斷層成像方法，包括步驟: 采集成像樣品的生物自發(fā)光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)； 控制數(shù)據(jù)采集模塊的工作運(yùn)行狀態(tài)，并將采集到的各種模態(tài)信息傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊； 對(duì)采集到的各種模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重建三維成像樣品內(nèi)部的光源分布。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理步驟包括: 對(duì)采集到的多角度二維生物自發(fā)光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到成像樣品的體表、骨骼、器官和組織等的三維解剖結(jié)構(gòu)，以及激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)在樣品體表上的三維光強(qiáng)分布； 建立光子在成像樣品體內(nèi)的擴(kuò)散方程傳輸模型； 基于I2范數(shù)的優(yōu)化策略求解光學(xué)傳輸模型計(jì)算子模塊(32)提供的成像樣品體表光強(qiáng)分布與未知體內(nèi)光強(qiáng)分布的線性關(guān)系方程，得到成像樣品體內(nèi)光強(qiáng)的分布情況； 對(duì)成像樣品的解剖結(jié)構(gòu)及其體內(nèi)的光強(qiáng)分布進(jìn)行三維繪制。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法,其特征在于所述光子傳輸模型表不為:
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述方法,其特征在于,成像樣品體表光強(qiáng)分布與未知體內(nèi)光強(qiáng)分布的線性關(guān)系方程表示為:
21.一種滾筒式多模融合三維斷層成像方法，包括步驟: 采集成像樣品的切倫科夫熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)； 控制數(shù)據(jù)采集模塊的工作運(yùn)行狀態(tài)，并將采集到的各種模態(tài)信息傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊； 對(duì)采集到的各種模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重建三維成像樣品內(nèi)部的光源分布。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理步驟包括: 對(duì)采集到的多角度二維切倫科夫熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到成像樣品的體表、骨骼、器官和組織等的三維解剖結(jié)構(gòu)，以及激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)在樣品體表上的三維光強(qiáng)分布； 建立光子在成像樣品體內(nèi)的擴(kuò)散方程傳輸模型； 基于I2范數(shù)的優(yōu)化策略求解光學(xué)傳輸模型計(jì)算子模塊(32)提供的成像樣品體表光強(qiáng)分布與未知體內(nèi)光強(qiáng)分布的線性關(guān)系方程，得到成像樣品體內(nèi)光強(qiáng)的分布情況； 對(duì)成像樣品的解剖結(jié)構(gòu)及其體內(nèi)的光強(qiáng)分布進(jìn)行三維繪制。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于所述光子傳輸模型表示為:
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述方法,其特征在于，成像樣品體表光強(qiáng)分布與未知體內(nèi)光強(qiáng)分布的線性關(guān)系方程表示為:
全文摘要
一種滾筒式多模融合三維斷層成像系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊，采集成像樣品的激發(fā)熒光成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)；中央控制與數(shù)據(jù)傳輸模塊，控制所述數(shù)據(jù)采集模塊的工作運(yùn)行狀態(tài)，并將采集到的各種模態(tài)信息傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊，對(duì)采集到的各種模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重建三維成像樣品內(nèi)部的光源分布。本發(fā)明能夠同機(jī)實(shí)現(xiàn)激發(fā)熒光成像、生物自發(fā)光成像、切倫科夫熒光成像、X射線斷層成像的多模態(tài)影像獲取，能同時(shí)、快速地得到成像樣品的生物信息，并能使成像樣品的不同模態(tài)數(shù)據(jù)在物理位置上得以無(wú)縫融合。能反映樣品接受藥物治療后病灶區(qū)的活細(xì)胞剩余量，能體現(xiàn)治療過(guò)程中藥物在樣品全身的代謝情況，為評(píng)估藥效提供更全面依據(jù)。
文檔編號(hào)A61B6/03GK103082997SQ201310032059
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者田捷, 吳萍, 李勇保, 寧楠楠, 楊鑫 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所