[發(fā)明專利]X射線和熒光雙模式活體成像系統(tǒng)的幾何校準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110293263.2
• 申請(qǐng)日: 2011-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN102499701A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 駱清銘;龔輝;傅建偉;楊孝全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B6/00
• 分類號(hào): A61B6/00;A61B5/00
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于分子影像技術(shù)領(lǐng)域，涉及到成像系統(tǒng)的幾何校準(zhǔn)和圖像處理，特別涉及到適用于復(fù)雜形狀對(duì)象的非接觸式X射線和熒光雙模式活體成像系統(tǒng)的幾何校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)如X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)、磁共振成像(MRI)和超聲成像等主要利用生物體本身的物理特性或生理參數(shù)作為成像源。這些物理量或生理量對(duì)于與疾病或生理功能相關(guān)的細(xì)胞或分子沒(méi)有特異性。而熒光分子斷層成像技術(shù)能夠?qū)铙w小動(dòng)物體內(nèi)的特異性熒光探針進(jìn)行整體的三維、定量成像，具有非侵入、無(wú)電離輻射，低成本等優(yōu)點(diǎn)。將X射線計(jì)算機(jī)斷層成像與熒光分子斷層成像技術(shù)相結(jié)合的X射線和熒光雙模式活體成像系統(tǒng)，可以在同一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上獲得小動(dòng)物的分子信息和結(jié)構(gòu)信息，可能在疾病早期診療、藥物研發(fā)和基礎(chǔ)研究等方面發(fā)揮重要作用。近年來(lái)發(fā)展的非接觸式探測(cè)技術(shù)利用電荷耦合器件(CCD)相機(jī)作為探測(cè)器，大大提高了光子的空間采樣率；而適用于復(fù)雜形狀對(duì)象的非接觸式探測(cè)技術(shù)使成像過(guò)程中不需要擠壓對(duì)象或利用光學(xué)參數(shù)匹配液簡(jiǎn)化邊界條件，大大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作。

發(fā)展適用于復(fù)雜形狀對(duì)象的非接觸式X射線和熒光雙模式活體成像系統(tǒng)，必須獲得描述各部件相互空間關(guān)系的幾何參數(shù)集，并對(duì)來(lái)自于不同子系統(tǒng)的圖像進(jìn)行精確的配準(zhǔn)。目前已有多種校準(zhǔn)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光分子斷層成像子系統(tǒng)的探測(cè)器一CCD相機(jī)的校準(zhǔn)，如美國(guó)專利US7949150?Automatic?camera?calibration?and?geo-registration?using?objects?that?provide?positional?information，US6437823?Method?and?system?for?calibrating?digital?cameras，但都需要能夠提供多個(gè)標(biāo)記點(diǎn)位置信息的特殊校準(zhǔn)模體，并且由于這些方法并非基于線性模型，因此無(wú)法采用光線跟蹤方法判斷探測(cè)器的有效性。

近年來(lái)，已有多種方法用來(lái)解決X射線和熒光雙模式活體成像系統(tǒng)的幾何校準(zhǔn)及圖像配準(zhǔn)問(wèn)題，但均對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或?qū)ο蟮男螤钣休^嚴(yán)格的限制。Da?Silva等提出了一種幾何和光學(xué)校準(zhǔn)技術(shù)，該方法要求樣品必須放在圓柱形容器內(nèi)并浸泡在參數(shù)匹配液中，校準(zhǔn)及實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常復(fù)雜。Schulz等提出了一種熒光分子斷層成像子系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法，但該方法只有在CCD相機(jī)的光軸平行于旋轉(zhuǎn)架平面且旋轉(zhuǎn)架平面垂直于旋轉(zhuǎn)軸時(shí)才有效。Cao等提出了解析計(jì)算和最優(yōu)化相結(jié)合的幾何校準(zhǔn)方法，并可實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)圖像的直接融合。但該方法只允許CCD相機(jī)在一個(gè)方向上存在角度偏移，并且對(duì)校準(zhǔn)模體的位置有嚴(yán)格的限定。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種X射線和熒光雙模式活體成像系統(tǒng)的幾何校準(zhǔn)方法，用于實(shí)現(xiàn)更通用的幾何校準(zhǔn)方法，對(duì)雙模式活體成像系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)限制更少，并且對(duì)象可以為任意復(fù)雜形狀，并發(fā)展相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)現(xiàn)來(lái)自于不同子系統(tǒng)的圖像的配準(zhǔn)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種X射線和熒光雙模式活體成像系統(tǒng)的幾何校準(zhǔn)方法，包括：

建立雙模式活體成像系統(tǒng)的基本坐標(biāo)系和相關(guān)坐標(biāo)系；

在所述基本坐標(biāo)系與相關(guān)坐標(biāo)系中，用小鋼球標(biāo)記經(jīng)過(guò)視場(chǎng)的多條激發(fā)光束，得到激發(fā)光束的起點(diǎn)；

改變雙軸振鏡的輸入電壓，使激發(fā)光束依次掃描視場(chǎng)內(nèi)的多個(gè)位置，得到激發(fā)光束的方向參數(shù)；

對(duì)視場(chǎng)內(nèi)的多個(gè)磷光小球進(jìn)行成像，建立空間點(diǎn)與光學(xué)投影點(diǎn)的關(guān)系；

采集對(duì)象的X射線投影數(shù)據(jù)和熒光投影數(shù)據(jù)，并對(duì)X射線投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建；

利用得到的所述激發(fā)光束的起點(diǎn)、方向參數(shù)及空間點(diǎn)與光學(xué)投影點(diǎn)的關(guān)系，直接根據(jù)CT重建結(jié)果，生成用于重建熒光團(tuán)分布的數(shù)據(jù)；

進(jìn)行熒光團(tuán)分布重建，通過(guò)直接圖像疊加完成圖像配準(zhǔn)。

本發(fā)明建立了一種適用于復(fù)雜形狀對(duì)象的非接觸式X射線和熒光雙模式活體成像系統(tǒng)的幾何校準(zhǔn)方法，得到熒光分子斷層成像子系統(tǒng)的各個(gè)部件在雙模式活體成像系統(tǒng)的基本坐標(biāo)系內(nèi)的位置和方向等幾何參數(shù)，可以精確地描述雙模式活體成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；以CT重建結(jié)果為基礎(chǔ)構(gòu)建和提取重建熒光團(tuán)分布的算法所需要的原始數(shù)據(jù)，因此子系統(tǒng)的重建結(jié)果在空間上是自然對(duì)應(yīng)的，通過(guò)在三維空間的直接疊加即可實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)，配準(zhǔn)過(guò)程并無(wú)任何誤差引入。本發(fā)明提供的方法適用于更廣泛的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和任意形狀的對(duì)象，不僅可以獲得精確的雙模式活體成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)集，并且提供了一種包括幾何校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)處理和圖像配準(zhǔn)的完整方法。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的適用于復(fù)雜形狀對(duì)象的非接觸式X射線和熒光雙模式活體成像系統(tǒng)的幾何校準(zhǔn)方法的流程圖；