[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

技術領域

本發明屬于分子影像領域，涉及在體熒光斷層成像儀器，尤其是一種多模態自發熒光斷層分子影像儀器。

背景技術

自發熒光斷層成像技術是近年來新興的一種光學分子影像技術，自發熒光是利用熒光素酶標記重建目標，在ATP以及氧氣存在的情況下，若熒光素酶遇到底物熒光素，熒光素酶將會催化熒光素發生氧化反應并產生光子，產生光的強度與標記目標的數量成正比。在重建目標區域外，利用高靈敏度的光學檢測儀器，可以直接探測到逃逸出重建目標區域的光子，然后利用有效的熒光光源重建算法，就可以得到重建目標區域內部熒光光源的位置和強度。

由于重建目標區域的強散射特性，導致光子在其內部的傳輸過程經過大量的散射，從而偏離了原來的直線傳輸軌道；利用光學檢測儀器在重建目標區域邊界處測量得到邊界數據量有限，而要求解區域內部點的數量非常巨大，所以自發熒光斷層成像是一個非適定問題，病態性非常嚴重，其解不唯一并且對測量誤差及噪聲非常敏感。同時，重建目標區域是一個復雜的非勻質區域，如果假定重建目標區域為勻質區域，那么得到的重建光源在位置精度和強度精度上將會出現很大的偏差。本發明所涉及的多模態自發熒光斷層分子影像儀器可實現自發熒光斷層成像技術，它采取多模態融合和結合先驗知識的方法解決復雜重建目標區域的非勻質問題，采取多角度熒光探測技術以增加可用數據量，通過測量重建目標區域表面光的分布和強度，重建目標區域的吸收系數和擴散系數，并且重建目標區域內部自發熒光光源的位置和強度。

發明內容

本發明的目的是提供一種多模態自發熒光斷層分子影像儀器，可完成X射線成像、自發熒光斷層成像的多模態融合成像方式，并可結合數字鼠、重建目標區域光學特性參數的先驗知識對非勻質強散射性復雜重建目標區域內部的熒光光源進行精確的重建。

為了實現所述的目的，本發明的一方面，提供一種多模態自發熒光斷層分子影像儀器，包括：

一信號采集模塊，具有第一數據端口和第一控制端口；

一信號預處理模塊，具有第二數據端口和第三數據端口，所述第一數據端口連接第二數據端口；

一系統控制模塊，具有第二控制端口和第三控制端口，所述第一控制端口連接第二控制端口；

一信號后處理模塊，具有第四控制端口和第四數據端口，所述第三控制端口連接第四控制端口，第三數據端口連接第四數據端口。

根據本發明的實施例，所述信號采集模塊包括：

一自發熒光信號采集單元，具有第五數據端口和第五控制端口，分別與第二數據端口和第二控制端口連接，用于捕捉自發熒光信號；

一X射線信號采集單元，具有第六數據端口和第六控制端口，分別與第二數據端口和第二控制端口連接，用于采集X射線信號；

一暗箱，用于隔離內部熒光和外界光噪聲，防止X射線逸出儀器，同時還起到保護儀器部件和防塵的作用；

一旋轉臺，具有第七控制端口，與第二控制端口連接，用于旋轉重建目標；

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

根據本發明的實施例，所述自發熒光信號采集單元采用液氮制冷CCD探測器和多角度熒光探測技術，提高了探測熒光信號的信噪比和采集到的可用信息量。

根據本發明的實施例，所述X射線信號采集單元包括：X射線發生器和X射線探測器，用于產生X射線并探測穿透重建目標區域的X射線。

根據本發明的實施例，所述信號后處理模塊采用計算機，在計算機上運行X射線成像算法、自發熒光光源重建算法、液氮制冷CCD探測器圖像控制軟件、X射線信號采集單元的X射線圖像控制軟件以及旋轉臺和平移臺的運動控制軟件。

根據本發明的實施例，所述信號預處理模塊采用DSP信號處理電路，完成信號采集模塊所采集數據的放大、濾波和暫存的預處理。

根據本發明的實施例，所述系統控制模塊采用以MCU芯片或ARM芯片為核心的電路，用于完成平移臺平動和轉臺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。

為了實現所述的目的，本發明的第二方面，提供影像儀器的自發熒光光源重建方法，利用X射線成像和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。

根據本發明的實施例，所述基于多級自適應有限元的自發熒光斷層成像算法包括以下步驟：

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；