[發明專利]一種光聲和熒光循環互提升成像方法

有效

• 申請號: 201310364421.8
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103393408A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 田捷;彭冬;董迪;杜洋;楊鑫;劉振宇
• 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
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于多模態生物醫學成像技術領域，尤其涉及一種光聲和熒光循環互提升成像方法。

背景技術

熒光成像技術在分子影像的發展中占有重要的地位。熒光成像可以實現熒光信號的三維重建。得益于光學分子探針和成像手段的不斷進步，光學分子影像技術在過去十多年中獲得了飛速的發展，并因其高靈敏度、高特異性、無電離輻射、成本低廉等特點受到了越來越多的關注。光學分子探針技術使得高特異性的區分正常組織和感興趣組織(如腫瘤、血管等)成為可能。但是由于生物組織對光子具有很強的吸收和散射作用，導致光學成像的深度有限，三維重建也具有很強的病態性。

為此，很多研究人員引入其他成像模態來彌補熒光成像技術的不足。將X光CT成像與FMT成像技術融合，可以利用CT成像技術提供的高分辨率生物體解剖結構作為先驗信息提高熒光信號的三維重建質量。但是CT成像雖然可以提供高分辨率的結構信息，CT成像時不可避免的存在電離輻射，而且CT成像對軟組織的分辨率相對比較低。除了CT成像，磁共振成像(Magnetic?Resonance?Imaging,MRI)也可用于為光學三維成像提供解剖結構信息。MRI成像不僅可以提供高對比度的軟組織分辨率，同時還可以提供生物體的功能代謝信息。但是將光學成像技術和MRI成像相結合，需要產生超高場強的磁場，這導致成像設備的體積比較大，設備成本比較高，從而限制了這種多模態融合方式的發展。需要指出的是，雖然CT和MRI都能提供生物體的解剖結構信息，但是它們都無法直接提供生物體的光學參數信息(生物組織的吸收系數和散射系數)。如何利用其它成像模態獲取生物組織的光學特異性信息，從而提高熒光三維斷層成像效果是一個值得研究的問題。

近年來，光子與物質之間相互作用的兩種物理效應——熒光效應和光聲效應——被充分挖掘以使得人們能夠“看到”和“聽到”光與生物組織、分子探針之間的相互作用。熒光效應是指當高能量短波長光子射入某些物質時，物質中的電子吸收能量，從基態躍遷至高能級；由于電子處在高能級時不穩定，就會從高能級躍遷至低能級，從而釋放出能量，發出波長較長的熒光光子。與熒光效應中物質以光子輻射的形式釋放所吸收的能量不同，在光聲效應中，光子照射到物質上的能量，被轉化成熱能，進而轉化為機械振動，以超聲波的形式釋放吸收的能量。借助熒光效應和光聲效應，分別發展起來熒光成像和光聲成像這兩種廣受關注的成像模態。

當前主流多模態圖像融合方法是先將多模態影像數據進行配準（依靠數據配準或利用融合成像系統直接采集配準的圖像），然后通過簡單的疊加或圖像融合，在同一幅圖像中顯示多種成像模態的信息。PET/CT就是這種融合模式的典型代表。但是這種融合方式僅是在圖像層次上進行了融合，沒有充分挖掘不同成像模態的信息互補性，不能提高各個成像模態的成像質量。

光聲成像和熒光成像這兩種成像方法具有很好的互補性，那么如何有效的融合光聲與熒光測量數據，從而獲得更大的成像深度、更高空間的分辨率和更全面準確的影像信息就有重要的意義。光聲和熒光融合問題又有其特殊性：光聲成像只能反映組織的光吸收特性；而熒光成像空間分辨率和深度有有限。因此如何有效融合光聲和熒光成像信息，實現兩種模態成像質量的共同提升，是本專利所涉及的一個核心問題。

發明內容

本發明目的在于克服現有單一光聲成像和單一熒光成像模態的不足，達到光聲和熒光成像互相提升的效果，反映更全面的結構和功能信息。

為達到上述目的，本發明提供了如下技術方案：

本發明提出了一種光聲和熒光循環互提升成像方法，該方法涉及光聲成像（PAT）、熒光分子成像（FMT）和擴散光學斷層成像（DOT）三種成像模塊，適用于光聲和熒光多模成像系統。

本發明提出的一種光聲和熒光循環互提升成像方法包括以下步驟：

步驟1：利用光聲成像/熒光分子成像雙模態系統進行光聲成像，采集得到待成像對象的與多個光譜譜段對應的光聲信號，基于所述光聲成像中各物理量之間的對應關系，對于所述光聲信號進行求解，重建得到每個光譜譜段的光聲圖像，即組織光學吸收系數分布；

步驟2：將所述步驟1得到的組織光學吸收系數分布作為先驗信息，進行多光譜擴散光學斷層成像重建，得到更準確的組織光學吸收系數分布和組織光學散射系數分布，并將這兩個系數作為先驗信息，計算一定激光照射下待成像對象組織內的光能量密度分布；