[發明專利]一種多模態自發熒光斷層分子影像儀器及重建方法

有效

• 申請號: 200710099044.4
• 申請日: 2007-05-10
• 公開（公告）號: CN101301192A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 田捷;秦承虎;呂玉杰;楊鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B6/00;A61B10/00;G06T5/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

1.一種多模態自發熒光斷層分子影像儀器，其特征在于，包括：

一信號采集模塊(1)，具有第一數據端口(a)和第一控制端口(e)，用于采集自發熒光信號和X射線信號；

一信號預處理模塊(2)，具有第二數據端口(b)和第三數據端口(c)，所述第一數據端口(a)連接第二數據端口(b)，對信號采集模塊(1)探測獲取的帶有各種噪聲的低信噪比微弱信號包括自發熒光信號和X射線信號進行預處理，去除或抑制探測信號中的噪聲；

一系統控制模塊(3)，具有第二控制端口(f)和第三控制端口(g)，所述第一控制端口(e)連接第二控制端口(f)，用于完成平移臺(15)平動和旋轉臺(14)轉動的精確定位控制，實現系統的邏輯時序控制、安全聯鎖控制以及工作流程順序控制；

一信號后處理模塊(4)，具有第四控制端口(h)和第四數據端口(d)，所述第三控制端口(g)連接第四控制端口(h)，第三數據端口(c)連接第四數據端口(d)，用于完成X射線圖像重建和自發熒光斷層成像，實現熒光光源的準確重建并對重建圖像進行顯示。

2.根據權利要求1所述的影像儀器，其特征在于，所述信號采集模塊(1)包括：

一自發熒光信號采集單元(11)，用于探測逃逸出重建目標區域表面的熒光信號，具有第五數據端口(a1)和第五控制端口(e1)，分別與第二數據端口(b)和第二控制端口(f)連接，用于捕捉自發熒光信號；

一X射線信號采集單元(12)，具有第六數據端口(a2)和第六控制端口(e2)，分別與第二數據端口(b)和第二控制端口(f)連接，用于產生X射線并采集穿透重建目標區域的X射線；

一暗箱(13)，用于隔離內部熒光和外界光噪聲，防止X射線逸出儀器；

一旋轉臺(14)，具有第七控制端口(e3)，與第二控制端口(f)連接，用于旋轉重建目標；

一平移臺(15)，具有第八控制端口(e4)，與第二控制端口(f)連接，用于移動重建目標，調整重建目標在暗箱(13)中的空間位置。

3.根據權利要求2所述的影像儀器，其特征在于，所述自發熒光信號采集單元(11)采用液氮制冷CCD探測器；所述X射線信號采集單元(12)包括：X射線發生器和X射線探測器。

4.根據權利要求1所述的影像儀器，其特征在于，所述信號后處理模塊(4)采用計算機，在計算機上運行X射線成像算法、自發熒光斷層成像算法、液氮制冷CCD探測器圖像控制軟件、X射線圖像控制軟件以及旋轉臺(14)和平移臺(15)的運動控制軟件。

5.根據權利要求1所述的影像儀器，其特征在于：所述信號預處理模塊(2)采用DSP信號處理電路，對自發熒光信號和X射線信號進行放大、濾波和暫存的預處理。

6.根據權利要求1所述的影像儀器，其特征在于：所述系統控制模塊(3)采用MCU芯片或ARM芯片。

7.根據權利要求1所述影像儀器的自發熒光光源重建方法，其特征在于：利用X射線成像和基于多級自適應有限元的自發熒光斷層成像，通過結合數字鼠、重建目標區域光學特性參數和模態融合，確定光源可行區域，根據后驗誤差估計方法，對局部網格進行自適應優化分解，以得到重建目標區域內部的熒光光源；

所述基于多級自適應有限元的自發熒光斷層成像包括以下步驟：

步驟S1：在重建目標區域的第k層剖分網格上，利用有限元理論把擴散方程離散為線性方程；

步驟S2：利用正則化理論確立優化目標函數，然后利用大尺度優化算法對目標函數進行優化，以獲得k層上的重建結果；

步驟S3：利用重建結果求解邊界上的光通量，用評判準則評判重建是否停止，如果滿足準則中的任意一個，重建停止；

步驟S4：如果不能滿足評判準則的任意一個，利用后驗誤差估計對可行光源區域和禁止光源區域進行自適應網格細分；

步驟S5：從第k層向第k+1層轉換，完成必要的參數調整，然后轉到步驟S1，繼續重建。

8.根據權利要求7所述影像儀器的自發熒光光源重建方法，其特征在于，所述后驗誤差估計，分別對光源可行區域和光源禁止區域采取兩種不同的后驗誤差估計，對光源可行區域采取直接最大值選擇，對光源禁止區域則采取分級誤差修正技術。

9.根據權利要求7所述影像儀器的自發熒光光源重建方法，其特征在于，所述數字鼠是重建目標區域的二維和三維數字解剖圖譜，與X射線成像相結合，為目標區域內部熒光光源的重建提供解剖結構信息。