CN101438220A - 用于3d体内成像的图形用户界面 - Google Patents

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CN101438220A CNA2005800418492A CN200580041849A CN101438220A CN 101438220 A CN101438220 A CN 101438220A CN A2005800418492 A CNA2005800418492 A CN A2005800418492A CN 200580041849 A CN200580041849 A CN 200580041849A CN 101438220 A CN101438220 A CN 101438220A
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Abstract

本发明提供了一种允许用户容易地观看和分析二维和三维体内图像和成像数据的计算机系统和用户界面。该用户界面很好地适用于属于体内光成像的下列活动中的一个或多个：对三维成像数据和重建算法的研究和控制；对拓扑重建算法的控制；断层摄影谱成像和分析；以及对在不同时刻获得的二维或三维成像数据的比较。

Description

用于3D体内成像的图形用户界面
技术领域
本发明涉及一般地涉及运行在计算机上的用户界面软件。更具体地，本发明涉及可用于检查和分析三维体内图像的用户界面软件。
背景技术
在计算机应用中，存在呈现用户信息的许多方法。计算机系统上的图形用户界面(GUI)允许容易地使用窗口、控制图标等向用户显示信息。在窗口内显示的数据可以是不同的类型。某些可以是图形的(诸如图标或图片)，或是文本的(诸如字处理文档)，或是两者的组合。
当将计算机界面用于科学应用的数据管理时，应用可能需要各种数据专用工具和功能。专用的体内成像应用可能提出对适当用户界面的设计的特殊挑战。体内图像可以包括叠加在样本的照片表示上的冷光(luminescent)表示。照片给用户提供样本的图片参考。冷光表示指出可能发生感兴趣的活动的样本的内部部分。在一个例子中，样本是小动物，诸如老鼠，并且光源可以是以发光指示器(reporter)诸如荧光素酶或荧光蛋白或染料标记的肿瘤(tumor)细胞。该技术被称为体内光学成像。
体内成像应用的复杂性日益提高，并且通常提供大量的信息。三维(3D)成像系统可以包括相应于单个数据点或样本的许多图像。图像可以包括照片、多个冷光图像、不同角度的若干结构光图像等。针对单个数据点的十个或更多的图像是常见的。在几个星期或几个月中的每一天拍摄的图像构建成文件库，并且造成信息的潜在泛滥。研究者可以对数据组执行的大量的分析处理也复杂化了使用。与大量分析处理相配合的极端大量的数据限制了易于管理的用户界面的设计。当前，用户缺乏完全服务于用户需求，并且允许方便地管理与传统成像相关联的大量数据和分析处理的环境。
鉴于前面所述，一种用于成像应用的改进的用户界面将是很有益的。
发明内容
本发明提供了允许用户容易地观看和分析二维和三维体内图像和成像数据的计算机系统和用户界面。该用户界面很适合于属于体内光成像的下述活动的一个或多个：对三维成像数据和重建算法的研究和控制；对断层摄影和拓扑算法的控制；对谱成像的控制和分析；和对不同时间获得的二维或三维成像数据的比较。
根据本发明的一个实施例，给计算机系统提供图像测量窗口，其允许用户执行对构建、呈现和分析断层摄影表示特别有用的某些操作。除了具有传统的计算机硬件诸如处理器、存储器和显示器之外，该计算机系统包括图形用户界面，该图形用户界面具有提供图像以及便于拓扑和断层摄影重建的一个或多个工具的一个或多个窗口。通过在单个易于使用的图形用户界面内提供大量特征，本发明的界面允许用户灵活地和舒适地管理和支配大量数据。
在一个方面，本发明涉及一种能够显示和分析图像的计算机系统。该计算机系统包括一个或多个处理器和一个或多个用户输入设备。该计算机系统还包括能够响应来自输入设备中的一个或多个的输入信号和来自处理器中的一个或多个的信号，以特定方式显示图像和相关信息的显示器。所述图像包括叠加有三维发光表示的物体表面的三维表示，该三维发光表示包括描述位于物体内部的电磁辐射的位置和数值的信息。该计算机系统还包括运行在处理器中的一个或多个上、并且提供一个或多个重建工具的图形用户界面。当用户使用所述重建工具之一时，该计算机系统重建位于物体内部的电磁辐射的三维发光表示。
在另一个方面，本发明涉及能够显示和分析图像的计算机系统。该计算机系统还包括能够显示图像的显示器。所述图像包括被叠加有发光表示的物体表面的三维拓扑表示，该发光表示包括描述从所述拓扑表示的表面发出的光的位置和数值的信息。该计算机系统还包括运行在处理器中的一个或多个上、并且提供一个或多个拓扑表示工具的图形用户界面。当用户选择所述一个或多个拓扑表示工具时，该计算机系统构建物体的拓扑表示。
在本发明的另一个方面，本发明涉及能够显示和分析图像的计算机系统。该计算机系统还包括能够显示图像的显示器。所述图像包括被叠加有物体的三维光表示的物体表面的三维表示，该三维光表示包括描述位于物体内部的光源的位置和数值的信息。该计算机系统还包括运行在处理器中的一个或多个上、并且提供一个或多个谱分析工具的图形用户界面。当用户使用所述谱分析工具之一输入谱信息时，该计算机系统根据利用所述一个或多个谱分析工具提供的输入执行光源的重建。
在另一个方面，本发明涉及能够显示和分析图像的计算机系统。该计算机系统包括一个或多个处理器和一个或多个用户输入设备。该计算机系统还包括能够响应来自输入设备中的一个或多个的输入信号和来自所述处理器中的一个或多个的信号，以特定方式显示图像和相关信息的显示器。所述图像包括a)物体的第一发光表示，该第一发光表示包括描述从物体内发出的光的位置和数值的第一信息，和b)物体的第二发光表示，该第二发光表示包括描述从物体内发出的光的位置和数值的第二信息。该计算机系统还包括运行在处理器中的一个或多个上、并且提供一个或多个估计工具的图形用户界面，其中当用户使用所述重建工具之一时，该计算机系统量化地估计第一信息和第二信息。
下面将参考附图，更详细地描述本发明的这些和其他特征和优点。
附图说明
在附图中以例子而不是限制的方式说明本发明，其中类似的附图标记指示类似的元件，并且其中：
图1A和1B示出了根据本发明的一个实施例的成像系统的立体图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的图形用户界面(GUI)；
图3A示出了激活了点击信息触发开关(toggle)，并且示出了点击信息部分的成像GUI；
图3B示出了激活了图像调整触发开关和布局控制触发开关两者，并且示出了图像调整部分和布局控制部分两者的成像GUI；
图3C示出了激活了校正和滤波触发开关和图像信息触发开关两者，并且示出了校正和滤波部分和图像信息部分两者的成像GUI；
图3D示出了根据本发明的特定实施例，激活了感兴趣的区域(ROI)工具触发开关，并且示出了ROI工具部分的成像GUI；
图3E示出了根据本发明的特定实施例，具有示例配置测量窗口的成像GUI；
图4A示出了根据本发明的一个实施例，具有序列窗口的成像GUI；
图4B示出了根据本发明的特定实施例，激活了图像算术触发开关，并且示出了图像算术工具部分的成像GUI；
图4C示出了允许用户从第一发光表示和第二发光表示估计信息的图像算术窗口；
图5A示出了根据本发明的特定实施例，激活了谱成像触发开关，并且示出了谱成像工具的成像GUI；
图5B示出了包括在光属性窗口内的谱分析工具；
图5C示出了包括在谱结果窗口内的若干谱分析工具；
图6A示出了根据本发明的特定实施例，具有表面拓扑和重建工具的成像GUI；
图6B示出了拓扑和断层摄影重建之后的物体和内部光源的顶部透视图；
图6C示出了以点云制图方式显示的物体的后视图，示出了内部辐射源的深度和内部辐射源到拓扑表示的顶部表面上的表面发射的投影；
图6D示出了光学属性窗口，其包括允许用户指定用于重建的一个或多个光学属性的若干谱分析工具；
图6E示出了没有拓扑表示的重建的内部光源；和
图7A和7B示出了适用于实现本发明的实施例的计算机系统。
具体实施方式
现在将参考附图中所示的本发明若干优选实施例详细描述本发明.在下面的说明中，提出了若干特定的细节以便提供对本发明的透彻理解。然而对于本领域的技术人员明显的是，可以不以某些或全部这些特定细节实施本发明。在其他情况中，未详细描述公知的处理步骤和/或结构，以便不会不必要地使本发明含糊不清。
提供了一种图形用户界面(GUI)，其允许用户执行适合于用于体内成像应用的图像分析的许多操作。使用本发明的GUI，用户可以创建和操作分析工具，并且对复杂图像(诸如内部光源的三维重建体内图像)方便和有效地执行广泛的测量。另外，本发明允许用户操纵和灵活呈现图像和图像数据，操纵断层摄影重建参数，执行结构光和拓扑重建，以及与体内成像应用有关的许多附加任务。
本发明提供拓扑和断层摄影成像工具两者.拓扑成像指物体的表面特征。在一个实施例中，本发明使用结构光确定物体的表面拓扑。断层摄影成像指表面内的信息。这对于在物体内部的3D空间内定位内部物体是有用的。这两种成像形式的示例说明使用通过物体的2D平面切片：拓扑给出表面(外部轮廓线)，而断层摄影给出轮廓表面内部的所有东西。
本发明的一个实施例属于图形用户界面，其用于呈现和分析包括相应于物体内部的电磁辐射源的光数据的“发射”图像或冷光图像。虽然现在主要以光成像描述本发明，应当理解，此处还可以包括其他形式的电磁辐射，诸如红外线、近红外线、紫外线等。在一个应用中，物体是生物样本，诸如老鼠。不使用除了从样本本身发出的光之外的光源拍摄包括光的冷光图像。作为位置的函数记录来自物体的冷光，以便产生二维冷光图像。操作此处描述的图形用户界面的计算机系统可以将照相机产生的二维光图像转换为三维冷光图像和数据。在1997年7月22日授予Contag等人的美国专利号5,650,135中描述了产生这种二维冷光图像的一种方法。下面将详细描述从二维图像构建三维信息。
图1A和1B示出了配置为拍摄照片、冷光、结构光和荧光图像的成像系统10。成像系统10包括成像室12，其具有门18和内壁19(图1B)，它们限定了适用于接纳发光样本或在其中检测低强度光的试验设备的内部空腔21。成像室12适用于成像，包括捕捉例如单个光子量级上的低强度光。成像室12通常被称为“不透光的”。即，室12将基本所有来自周围环境的外部光密封在外，不使其进入室12，并且可以包括当关闭门18时，防止光进入该室的一个或多个密封(seal)。
成像室12包括适用于接纳照相机20(图1B)的上腔16。高灵敏照相机20，例如，增强或电荷耦合装置(CCD)照相机安装在上腔16的顶部，并且位于成像室12上。CCD照相机20能够拍摄放置在成像室12内的活性样本或试验设备的冷光、荧光、结构光和照片(基于反射的图像)图像。以适合的源，诸如通过将冷却流体导入通道24的管道循环低温流体以便冷却CCD照相机的制冷设备，冷却CCD照相机20。
成像系统10还可以包括镜头(未示出)，其收集来自样本或试验设备的光，并且将光提供给照相机20。镜台(stage)25形成成像室21的底面，并且包括电机和控制器，其允许上升或下降镜台25以便改变照相机20的视野23.在一个实施例中，电机和控制器允许镜台25相对于安装在成像室12的壁上的照相机的两个自由度内的移动。还可以提供多个位置滤光片转轮(wheel)，以便使能谱成像功能。成像室10还可以包括室21的顶部上的一个或多个发光二极管，以便在照片图像拍摄过程中照明样本。其他特征可以包括气体麻醉系统和加热台，以便在图像拍摄和麻醉过程中保持动物的体温。
一种适合的成像系统是CA，Alameda的Xenogen公司提供的IVIS-200。在题目为“Improved imaging Apparatus”的专利号为6,775,567的共同拥有的专利中提供了对包括在IVIS-200内的各种元件的进一步描述。在题目为“3-D Imaging Apparatus for in-VivoRepresentations”的申请号为09/905,668的共同拥有的待决专利申请中提供了一种适合的3D系统。虽然以单柜式设计示出了成像系统10，本发明的其他实施例可以包括不同的成像室12和计算机系统，诸如与成像系统10分离的商业上可得到的计算机系统，其包括处理系统28和专用显示器诸如LCD或CRT监视器.
图1B示出了去除了成像室12的侧板的系统10，以便示出包括在系统10内的各种电子和处理组件。成像系统10包括图像处理单元26和处理系统28。图像处理单元26可选择地在照相机20和处理系统28之间接口，并且可以帮助进行图像数据收集和视频数据处理。
处理系统28(其可以是任意的适合类型，并且可以包括在单独的计算机内)包括硬件，该硬件包括处理器28和一个或多个存储器组件(诸如随机访问存储器(RAM)28b和只读存储器(ROM)28c)。处理器28a(也称为中央处理单元或CPU)连接到包括存储器28b和28c的存储设备。固定盘也耦合到处理器28a，并且提供数据存储容量。固定盘可以用于存储图形用户界面软件、控制软件、其他成像程序、成像数据等。
处理器28a与成像室12内的各种组件通信。为了提供与一个或多个系统10组件的通信和对其的控制，处理系统28采用存储在存储器28c内的软件，该软件配置为允许与成像室12内的组件通信和/或对其进行控制。处理系统28还可以与视觉显示器(诸如计算机监视器)以及输入设备(诸如键盘和鼠标)进行接口。便于用户与成像系统10交互的图形用户界面也可被存储在系统28上，在视觉显示器上输出并且从键盘、鼠标或其他计算机输入接收用户输入。该图形用户界面允许用户观看成像结果，作为控制成像系统10的接口，并且提供如下所述的各种图像分析工具和资源。
处理系统28可以包括软件、硬件或其组合。系统28还可以包括用于处理可用于体内成像应用并且由图形用户界面提供的信息的其他成像硬件和软件、图形用户界面软件、图像处理逻辑和指令。虽然成像系统10包括包含在其中的处理系统28，本发明的某些实施例采用耦合到成像系统10的外部处理系统。在该情况下，此处所描述的图形用户界面被作为计算机实现指令存储在单独的盘或计算机可读介质诸如随成像系统提供的CD上。这允许任何计算机然后运行此处描述的图形用户界面，并且与成像系统10接口。在另一个实施例中，在单独的盘或计算机可读介质(诸如与任意成像系统分离的CD)上提供此处描述的图形用户界面。这允许任意计算机(不论与成像系统相关联还是不相关联)运行此处描述的图形用户界面，并且分析体内图像-不论用户是否能够接触成像系统(诸如系统10)。在该情况下，用户仅需获取任意将要分析的成像数据和图像。
图2示出了根据本发明的一个实施例的图形用户界面(GUI)100。GUI 100包括图像窗口101和最初包含在GUI窗口103内的工具面板102。
GUI窗口103相应于存储并且运行在计算机上的体内用户界面程序。在初始化后，GUI窗口103包括图像窗口101和工具面板102两者。GUI窗口103还可以包括常规图形用户界面工具，诸如文件打开、打印和文件保存按钮。体内用户界面的一个适合的例子是CA，Alameda的Xenogen公司提供的Living Image 3D AnalysisPackage1.0。
图像窗口101包括图像104和图像窗口工具105a-d。如所示出的，图像104包括覆盖图，其包括照片图像106和冷光图像108的可视覆盖。在这个例子中，照片图像106包括老鼠109的塑料模型，包括光学上类似哺乳动物的组织的主体材料。照片表示106给用户提供一个或多个物体109的视觉参考框架。
冷光图像108包括物体109内的光源的光表示。如下面讨论的，冷光图像108可以包括二维或三维光数据。因此冷光图像108可以包括物体109的表面上的光数据和/或物体109表面内和体积内的光数据。在许多情况下，图像108包括使用成像系统诸如上面所述的成像系统随时间改变而得到的光子发射数据。在一个实施例中，2D冷光图像108指示照相机中的每个检测器象素在定义的时间长度上接收到光子的次数。换言之，冷光表示可以显示代表单个检测器象素处的光子计数的数量值。物体发出辐射(例如，光子)的区域将出现在冷光表示中。
冷光图像可以包括指示例如生物相容性实体的出现的物体内部的光源的光表示。该实体可以是分子、高分子、细胞、微生物、微粒等。从而，体内分析可以包括检测哺乳动物主体内的生物相容性实体的位置。可替换地，在一个月中基于天拍摄的冷光图像可用于随时间的改变追踪生物相容性实体，诸如老鼠内的癌的进展。
冷光表示中的数据典型地具有一个或多个感兴趣的明显的冷光部分。虽然图像窗口101显示了由两个单独图像构成的覆盖图像，大多数分析是在冷光图像108上执行的。特别是，分析可以包括对冷光表示的一部分内的象素的亮度数值进行总计。使用下面更详细描述的断层摄影重建算法得出3D冷光图像。
窗口工具105a-d允许用户改变窗口101中的一个或多个图像的显示。单元工具105a允许用户选择计数或光子作为冷光图像108的单位。数字照相机以“模拟到数字转换器单位”(ADU)或“计数”输出原始(raw)图像数据。计数是未校准的单位，它指由结合在CCD照相机内的数字转换器检测到的信号的幅值。由数字转换器检测到的计数的数目与入射到给定CCD象素上的光子的数目成比例。绝对物理单位和“计数”的相对单位间的不同是：与指入射到检测器上的光发射的计数相反，辐射率单位指来自动物或幻影(phantom)设备本身的光发射。在扩散断层摄影重建中使用实际的物理单位(辐射率)允许以每秒的流通量或光子的实际物理单位重建源的强度。
显示工具105b允许用户从针对当前文件的任意图像中进行选择。在图3B中示出了针对当前数据组的示例图像，并且这些示例图像包括覆盖图像、照片图像、冷光图像、背景图像、饱和图、结构光图，参考和3D视图。信息按钮工具105c当选择时示出与在窗口11中示出的图像的图像拍摄有关的信息。
窗口101还包括冷光图像显示部分107，以便辅助观看和理解冷光图像108。冷光图像显示部分107包括最大和最小冷光107a。图像最大值指示冷光图像108内的任何象素的最高数据值(光子或照相机计数)的数值。还提供了图例最大值和图例最小值。图例最大值指示窗口301的最大数据值(光子计数)。尺度107c提供冷光图像108内的信息的颜色范围与数值范围间的映射。各个冷光数值相应于由尺度107c指示的灰色或彩色阴影。
工具面板102包括用于便于图像窗口101内的信息的操纵和分析的多个用户界面控制组件。如所示出的，工具面板102包括可以独立于图像窗口101移动的单独窗口。例如，用户可以在工具面板102的边缘区域上点击，并且将其拖到激活的图像窗口103之外，从而不妨碍观看窗口101内的信息。
工具面板102提供了将用于体内成像的多种数据操作和分析工具组织在一起的集中式的资源。在一个实施例中，工具面板102将控制工具分组到专题触发开关内。触发开关指允许工具部分和与特定主题相关的信息的简化的展开和收缩的图形工具。常见的传统触发开关包括下拉菜单、按钮、点击框等。虽然在未激活单个触发开关时工具面板102示出类似的触发开关，应当理解，当设计需要时，工具面板102可以包括不同的触发开关类型。在工具面板102中选择任意触发开关打开相应于各个触发开关的工具部分(见图3A-3I)。如图所示，工具面板102包括点击信息触发开关110、图像调整触发开关120、布局控制触发开关130、校正和滤波触发开关140、图像信息触发开关150、ROI工具触发开关160、图像算术触发开关180、表面拓扑和DLIT触发开关200、以及谱成像触发开关220。可以构想其他布置。由于每个部分可以包括大量单独的工具，提供触发并且最小化各个部分的大小的能力减小了工具面板102的大小，并且简化了GUI 100的使用。
图3A示出了激活了点击信息触发开关110，并且示出了点击信息部分112的GUI 100。点击信息部分112标识出用于当前显示的数据组的信息。点击号114唯一地标识正在显示的当前数据组。部分112中出现的信息可以包括与物体109相关的数据、针对图像拍摄的特定数据和时间、使用的照相机、与特定图像有关的任意信息(照相机设置、照相机类型、镜台位置、在图像拍摄过程中使用的任何滤光器、其他照片图像拍摄信息、其他冷光图像拍摄信息、其他结构光信息等)。
图3B示出了激活了图像调整触发开关120和布局控制触发开关130两者，并且示出了图像调整部分122和布局控制部分132两者的GUI 100。
图像调整部分122包括允许用户操纵照片图像106和冷光图像108的呈现的工具。为了操纵照片图像106的呈现，显示功能部分314包括亮度设置124和伽马设置126。通过允许对图像106进行亮度调整，亮度设置124允许用户增进对照片图像106的视觉感知。伽马设置126允许用户设置图像106的锐度。
为了操纵冷光图像108的呈现，图像调整部分122包括不透明设置128、最小冷光121、最大亮度123、颜色尺度125和颜色表127。
不透明设置128允许用户改变冷光图像相对于照片图像106的亮度。从而增加不透明设置128在照片图像106上创建更可视的冷光数据。减小不透明设置128增加冷光数据的透明度(以及在该覆盖区域内下层照片数据的可视性)。
最大亮度123允许用户指定在冷光图像108中显示的最大数据值。将以相应于最大亮度123的颜色显示具有该最大值或高于该最大值的数据值(例如，光子计数)的冷光表示内的任何象素。最小冷光121允许用户指定在冷光图像108中显示的最小数据值。具有低于最小值的数据值的冷光图像108内的任何数据都不显示。当用户希望为特定分析选择性地清除无关数据的覆盖图像时，最大亮度123和最小冷光121可能是有用的。当用户希望从图像108中清除噪声时，最小冷光121也是有用的。
完全设置125b提供了用于冷光图像108的呈现的默认选项，并且将最大亮度123和最小冷光121设置为冷光图像108内的“全范围”值。自动工具125a将最大亮度123和最小冷光121设置为图像108的预定的设置值。例如，预定的范围可以将最大亮度123设置为图像108的最大光子计数的95％，并且将最小冷光121设置为最大光子计数的5％。手动设置125c允许用户输入最大亮度123和最小冷光121。
颜色表129a允许用户改变尺度107c中使用的颜色方案。灰度级或适合的彩色方案(彩虹(rainbow)、亮黄(yellow hot)、亮蓝(bluehot)、星球色(planet Earth)等)指示冷光图像108的数值。反转触发开关129b反转用于指示数量的颜色顺序。对数尺度触发开关129c将冷光数据颜色条尺度改变为在图像108中为对数的而不是线性的。
布局控制部分132包括允许用户改变窗口101中的显示的工具。缩放工具124包括缩小、放大、矩形缩放和刷新缩放。触发开关框136允许用户应用或删除冷光图像显示部分107的各个元件。
图3C示出了激活了校正和滤波触发开关140和图像信息触发开关150两者，并且示出了校正和滤波部分142和图像信息部分152两者的GUI 100。
没有物体109的成像室的空白视图的图像通常称为“黑图像”。通常，希望校准照片图像和冷光图像以便补偿空白视图。黑图像可以，例如，表现出(characterize)照相机内的偏移和泄露电流，它们应当被从以该照相机拍摄的图像中减去。为了允许进行黑图像校正，显示功能部分314包括黑背景减除复选框工具144。
校正和滤波部分142还包括平场校正复选框146，当被触发时，对窗口101内的照相机镜头光照场内的任何已知变形进行校正。某些图像可能包含相应于延长图像拍摄过程中的辐射异常的亮斑。为了允许校正这种有缺陷的象素，部分142还包括宇宙(cosmic)校正复选框144。校正和滤波部分142还包括分箱工具145和平滑工具147，它们允许用户改变和操作冷光数据的象素化显示。例如，分箱可以考虑到每个象素的不充分信息。当用户采用4x分箱时，GUI 100为冷光图像108在每个方向上将象素数目二等分，以便产生在单个新象素中包含4个之前象素的数值的新象素阵列(以便改变统计分析)。
图像信息部分152包括允许用户获得冷光图像108内的冷光和统计数据的各种工具。选择柱状图按钮151产生冷光图像108的柱状图(冷光波长相对于冷光图像108内的波长范围的图)。
线轮廓工具153a允许用户在冷光图像108的一部分上面画线段153b，并且沿着该线读取冷光数据。用户还可以在线153b上点击，并且将该线移动到冷光图像108的所希望的部分。选择线轮廓工具153a还打开线轮廓窗口153c。线轮廓窗口153c包括光子(或取决于当前选择了哪一个的计数)相对于线153b的位置的图表。
距离测量工具154允许用户确定同一条线上的窗口内图像上两个点间的直线距离。坐标显示157示出图像窗口101内所使用的指针的位置。图画尺度工具159，当被选择或应用时，将尺子应用到GUI 100内的图像窗口101的直角边上。图像切割工具155允许用户选择图像104的子空间。切割尺寸和距离信息也被提供在图像信息部分152的底部内。
图3C还示出了GUI 100窗口的非最大化大小。在该情况下，工具面板102不限于在GUI 100窗口内使用，并且可以移动到窗口外面，移到用户所希望的更方便的位置。另外，线轮廓窗口153c也被在GUI100的主边界的外面创建。将用于窗口101、工具面板102和后续窗口的独立窗口创建为开放的，从而使得剪切GUI 100(诸如线轮廓窗口153c)的使用，这一点给予用户按所希望的那样定制许多窗口的布局和可视性的灵活性。
图3D示出了根据本发明的特定实施例的激活了ROI工具触发开关，并且示出了ROI工具部分162的GUI 100。
ROI部分162包括控制器，用于允许用户创建和操纵能够简化和灵活分析图像测量窗口101内的断层摄影数据的工具。创建圆按钮164允许用户以工具面板102上的一个活动，创建圆形或椭圆形的感兴趣的区域(ROI)165。例如，用户简单地使用指针在按钮164上点击，并且新的圆165(ROI 1)出现在窗口101内。在一个实施例中，大的圆按钮164包括允许用户一次创建多个圆(例如，2，3，4)的下拉菜单。创建矩形按钮166允许用户创建方形或矩形的感兴趣的区域167(ROI 2)。网格按钮168允许用户创建网格ROI169。网格按钮168的下拉菜单允许用户设置网格169中的行和列的数目(例如，2 x 3，3 x 4，5 x 8等)。在创建ROI后，将标签附在ROI的几何轮廓上，以便用户能够明了。删除工具172允许用户删除窗口101内的ROI。ROI部分162包括存储部分176，其允许保存ROI和给ROI加标签。另外，存储部分176允许用户装入和再次访问以前存储的ROI。
GUI 100还允许用户操纵每个ROI。通过高亮显示向用户指示当前正在观看的ROI。因此，在创建圆165后，可以改变圆165的大小，形状，位置和朝向。在一个实施例中，在圆165上点击指针重新定义ROI的形状。可替换地，在高亮部分165a上点击指针，并且进行拖动可以重新定义ROI的形状。类似地，用户通过在ROI的拐角部件上点击并且拖动一个边，可以改变窗口101内的ROI 2或ROI 3的尺寸。
ROI部分162包括允许用户测量和分析窗口101内的断层摄影数据的GUI控制。激活测量按钮170创建ROI测量窗口171，其包括用于当前在窗口101内显示的每个ROI的条目175。另外，网格ROI169的每个部分包括单独的条目175.如所示出的，每个条目175包括在其中指定正被分析的当前图像108的点击号字段、以及ROI指定字段、图像层字段，用于ROI内的计数的总数的字段、用于ROI内的计数的平均数的字段、以及相应于对ROI内的冷光数据的其他统计测量值的字段。每个条目175的这些字段(以及相应的显示数据)可以随设计而改变。
配置按钮177允许用户指定在ROI测量窗口171内显示哪些字段。在特定实施例中，配置按钮177引出一个允许对ROI测量窗口171内显示的字段进行控制的单独的配置测量窗口179。如图3E所示，配置测量窗口179包括能够使用户定制为感兴趣的区域呈现什么信息的各种工具。例如，列出了可用字段，并且添加按钮允许用户向ROI测量窗口171添加任意字段。一般地，与在窗口101中所示的图像相关的任何信息可以包括单独指定的字段。示例的字段包括平均辐射、最小和最大辐射、总功率、总或平均荧光背景计数、ROI象素统计值、区域、直线的或体积尺寸、序列标识、日期和时间、分箱、曝光、视野、光圈值(f-stop)、图像角、荧光等级、试验、分析注释等。
虽然到目前为止已经在操纵单个二维冷光和照片覆盖图像的上下文中讨论了GUI 100，本发明的分析工具和方法还可以很好地适合于使用三维和其他高级应用。
图4A示出了根据本发明的另一个实施例的序列窗口185。序列窗口185允许用户方便地观看和估计特定哺乳动物184的多个图像。这在为物体拍摄了多个波长或多个视角的图像的情况下分析图像时是有用的.可替换地，每个覆盖图像183a-f可以相应于在连续的6天对相同的哺乳动物184执行的冷光成像，并且序列窗口185示出了随时间改变内部光源的进展。
序列窗口185允许用户估计小型实验室动物诸如老鼠或大鼠内的发光细胞的进展。它在制药学和毒理学研究中的广泛的应用中使用，诸如传染病的体内监视、转移中的肿瘤生长、转基因表现等。检测实时和活性动物内的信号的能力意味着在对相同哺乳动物184的所有试验中，可以容易地研究疾病或生物学过程的进展。
用户可以双击或选择覆盖图像183中的任一个并利用上述工具中的任一个对每个图像183执行测量和/或调整。此外，GUI 100还提供用于将一个覆盖图像183与另一个覆盖图像183进行比较的工具。
图4B示出了根据本发明的特定实施例，激活了图像算术触发开关180，并且示出了图像算术工具部分182的GUI 100。窗口186显示当前在窗口185内打开的任意序列。图像算术按钮188和新窗口触发开关189允许用户估计两个发光表示。
图4C示出了允许用户估计来自第一发光表示和第二发光表示的信息的图像算术窗口186。响应用户选择按钮188和新窗口触发开关189，出现窗口186。
窗口186包括两个列表190a和190b。每个列表190允许用户从物体的发光表示列表中选择物体的发光表示。例如，该列表可以相应于为物体每天拍摄的一系列图像。为了方便起见，在窗口186中将第一发光表示标记为“A”，而将第二发光表示标记为“B”。如图所示，表示A包括一系列图像中的第二冷光图像，而表示B表示一系列图像中的第一图像。
估计工具196允许用户输入或选择用于A和B的量化估计的算术运算。当用户通过工具196选择算术运算时，GUI 100根据该算术运算对A和B执行量化估计。如图所示，用户已经选择了从B中减去A的算术运算。计算两个发光表示间的不同允许在之前的发光表示A和后续的表示B中间进行比较。这在从荧光图像中减去组织的自身荧光时是有用的。这在估计和阐明物体内的病原体的进展时也是有用的。可以为以天为单位的序列内的每一天进行类似的比较。冷光表示198可视地并且图形地示出了A和B间的不同。一个常数k允许用户放大(或缩小)两个发光表示间的不同。
用于估计工具196的下拉窗口还允许用户为A和B选择其他预定的算术运算和估计。如所示出的，工具196允许用户对A和B进行相加、对A和B进行相乘、以及用A除B。一般地，估计工具196可以包括在分析包括在多个发光表示内的信息时有用的A和B之间的任何算术运算关系。
显示窗口192示出了A和B的发光表示194和冷光表示198。冷光尺度图195提供了表示194和198内的数据的数值的图示性参考。显示控制(诸如颜色范围控制197)允许用户为A和B以及冷光表示198调整显示窗口192内的视觉输出。
显示工具199允许用户为量化估计的输出创建覆盖图(冷光图像和诸如照片图像内的参考图像的组合，诸如图2)。
本发明还能够改进谱成像分析和数据操纵。作为在此处使用的术语，谱成像指使用多个波长的任意成像。可以使用一系列的带通滤波器获得谱成像数据。由于吸收是与波长相关的，谱成像数据提供关于特定源的深度的信息。带通滤波器还可以用于区分具有不同波长的指示器。在一个实施例中，GUI 100的谱成像使用简化的模型得到内部的光数据信息。例如，可以将光源重建为一个点。这加速了重建，并且提供了包括流量和深度的用于光源的较简单的表示。然后用户可以读出物体内的光源有多深和有多强。在特定的实施例中，GUI 100使用简单的板(slab)(平坦表面)模型近似确定内部源的深度和亮度。其他的重建技术也适用于GUI 100内的谱成像分析。
图5A示出了根据本发明的特定实施例，激活了谱成像触发开关220，并且示出了谱成像工具部分222的GUI 100。谱成像部分222包括便于进行谱成像以便确定物体内部的内部光源的位置和亮度的若干谱数据分析工具。谱成像工具可以包括允许用户改变或影响重建的任意输入，诸如改变内部重建中采用的一个或多个波长属性。谱成像工具部分222还可以包括帮助用户解释、分析和显示重建结果的工具。作为通过谱成像工具部分222输入的结果，运行GUI 100的计算机根据由用户提供的谱输入执行发光表示的重建.谱成像工具部分222包括三个带标签的窗口：分析窗口224(图5A)、光学属性窗口226(图5B)和谱结果窗口228(图5C)。
分析窗口224包括选择波长工具230，其允许用户选择用于发光表示的重建的波长，选择波长工具230包括一组用户可以单独或集体(例如，通过按住例如shift键，并且选择多个波长)选择的预定波长。这允许用户选择用于光重建的波长范围。按钮232允许用户选择窗口工具230内的所有波长。本领域的技术人员明了以变化和/或多个波长成像的益处。例如，成像装置可以用不同波长拍摄物体的冷光图像，以便克服对图像深度的依赖，以便补偿不同大小的样本或不同深度的图像。波长工具230允许用户以一个或多个波长灵活地重建内部冷光数据。
如果已经创建了多个ROI，ROI工具234允许用户选择将对哪个感兴趣的区域进行谱分析。ROI工具234包括列出了在ROI工具部分162内创建的和/或以前为当前冷光图像108存储的每个感兴趣的区域的下拉菜单。
分析ROI按钮235使得运行GUI 100的计算机系统根据谱成像工具部分222内的用户输入，执行发光表示108的重建。在一个实施例中，使用ROI按钮235进行的发光表示108的谱重建产生物体内的点光源。显示触发开关233允许用户创建显示对每个波长的谱分析的结果的单独窗口(如果在波长窗口230中已经选择了多个波长)。
图5B示出了包括在光学属性窗口226内的其他谱分析工具。来自组织属性工具236的输入允许用户选择用于发光表示108的重建的组织属性模型。在该情况下，GUI 100包括列于下拉菜单236内的若干存储的组织属性模型。每个模型包括累积地代表表示物体的一部分的体积介质的光学行为的存储值，并且包含用于重建的光源。示例模型可以包括哺乳动物组织模型、老鼠模型、幻影(phantom)(组织的塑料表示)、皮下模型、下半身模型和相应于正被成像的特定物体的专用模型。
来自光源谱工具238的输入允许用户为重建指定哺乳动物109内的内部光源的典型谱。在该情况下，GUI 100包括列于下拉菜单238内的若干存储的谱表示。每个谱表示算术地相应于一个光源的谱发射简表。示例的光源和谱表示可以包括用于以下的谱表示：荧光素酶、荧光标记或染料、氚珠、试验设备内使用的LED光源等.
显示窗口239示出了以工具236选择的当前组织属性，或通过工具238选择的光源谱。如所示出的，显示窗口239示出了作为波长的函数的氚珠的标准化振幅响应。工具236内的每个组织属性的显示可以包括，例如，一个或多个光学系数相对于波长的图。
图5C示出了包括在结果窗口228内的若干谱分析工具。ROI结果窗口240显示当使用分析ROI工具235提示时(图5A)由计算机执行的重建的基本结果。具体地，窗口240随同与物体109内的光源有关的信息诸如重建位置(例如，距离表面的深度和/或3D位置)和光源的数值(例如，光通量，单元内的大小、瓦特等)一起，列出冷光图像108的每个ROI。
结果窗口228还包括一个或多个绘图工具242，当由用户选择时，它们图形地示出与重建相关的信息。示出了两个这种示例工具242：绘图线性拟合按钮242a和绘图强度相对于波长按钮242b。选择工具242a和242b中的每一个分别使得在显示器上打开单独的窗口244a和244b。保存工具246允许用户保存重建的结果，包括使用分析窗口244和光学属性窗口226内的工具设置的参数。
GUI 100还可以包括允许用户影响内部光源的重建的其他谱分析工具。例如，工具237允许用户为谱重建指定内部介质折射系数。还可以构想用于GUI 100的其他的谱分析工具。
图6A示出了根据本发明的特定实施例，激活了表面拓扑/DLIT触发开关200，并且示出了表面拓扑/DLIT工具部分202的GUI 100。
作为用户输入的结果，GUI 100使得处理系统根据由用户提供的输入执行发光表示的重建。作为此处使用的术语，可互换地使用“重建”，“构建”和“创建”(以及它们的派生词)，并且一般代表使用一组输入数据和一个算术模型对表示和其相关信息的算术组装。典型地，计算机系统使用a)包括在一个或多个图像内的数据，b)任意用户输入，和c)以计算机执行的重建模型，创建物体(哺乳动物，试验设备等)内部的光源的2D或3D数字表示。有多种适用于本发明的重建方法。
在一个实施例中，该重建是断层摄影重建。在该情况下，GUI 100采用估计组织内光子的扩散的量化模型。在特定实施例内，该模型将体内图像数据和空间解析度作为深度的函数进行处理，并且还帮助定义在图像拍摄过程中对成像组件的要求。GUI 100可以执行各种扩散和重建模型，以便表示通过哺乳动物主体或试验设备的光子传播。在申请号为10/606,976，题目为“Method and Apparatus for 3-D Imagingof Internal Light Sources”，并且发明人署名为Brad Rice等人的公同拥有和待决专利申请中描述了使用来自一个或多个图像的数据创建哺乳动物或试验设备内的光源的数字表示的软件的一个适合的例子。
在与吸收相比散播更大的情况下(诸如穿过组织或包括配置为类似于组织的光可选择材料的幻影设备的红到近红外光)，可以用扩散理论描述样本中光的传播。在该情况下，以计算机实现的重建模型实现一种扩散模型，以便创建光源的数字表示。一种3D扩散软件实现基于表面光图像数据重建物体内部的光数据。在该情况下，将图像和表面光数据转换为恰好幻影设备表面之下的光子密度，并且使用这种光子密度产生包括光源的物体表面内部的3D光数据。
创建光源的数字表示可以依赖对物体的光学属性的假设或估计。例如，重建光源的数字表示可以采用a)哺乳动物组织或幻影设备内使用的光可选择材料的光学散播表示，和b)该组织或光学可选择材料在一个或多个波长的光学吸收表示。将若干表示存储在存储器内，并且根据通过工具236和238(图5B)或工具236和238(图5B)的用户选择提供给重建算法。
得到的光源的数字表示可以包括这样的信息，其包含对光源的估计强度，幻影设备内光源的估计位置，和/或光源的估计大小或形状的算术描述。在一个实施例中，将光源重建为具有三维空间特征的复杂的源。该重建使用物体的表面拓扑，并且产生具有3D信息诸如大小、朝向和形状的光源。在另一个实施例中，将光源重建为一个点。
表面拓扑/DLIT工具部分202包括用于物体109的3D拓扑重建和断层摄影重建的若干工具。将部分202划分为4个带标签的窗口：分析窗口202(图6A)，DLIT参数窗口212(图6C)，光学属性窗口214(图6D)和重建结果窗口218(图6B)。
首先参考图6A，当用户选择拓扑表示工具206时，运行GUI 100的计算机系统创建物体的3D拓扑表示(表面图)。在该情况下，工具206包括复选框206和启动物体109的拓扑重建的开始按钮207。在一个实施例中，在创建拓扑表示时，计算机系统采用来自一个或多个结构光图像的结构光数据。在完成重建后，GUI 100产生用于3D拓扑表示的单独窗口210。窗口210包括拓扑表示212的图示显示。
响应用户选择拓扑表示工具206，GUI 100还在工具面板102内创建新的3D工具标签300。激活3D工具标签300打开3D工具部分302。3D工具部分302包括允许用户分析出现在窗口210内的物体109的3D成像信息和拓扑表示212的一个或多个工具。下面将进一步详细讨论3D工具部分302。
表面拓扑/DLIT工具部分202还包括3D重建工具208。当用户选择重建工具208时，计算机系统创建物体109内部的光源的三维表示。典型地，这涉及执行物体内部的光源的三维断层摄影重建。在该情况下，工具208包括复选框208和启动物体109内部的光源的断层摄影重建的开始按钮207。
GUI 100唯一地并且灵活地允许对多种类型的3D信息的显示和操纵。可用于体内成像的数据的3D表示可以包括表面网格和内部体素数据。在一个实施例中，从使用照相机和结构光产生器为物体获得的结构光信息中得出表面网格数据。表面网格数据也称为表面拓扑数据。内部光强数据来自，例如，使用扩散断层摄影对内部体积元素(或“体素”)的计算，并且提供每个体积元素内的光强。本发明有利地让观看者看到数据的表面网格和内部体积元素的3D表示两者，并且改变每一个相对于彼此的显示。相反，许多传统系统仅示出一个或另一个。例如，MRI仅示出内部体素(或体积)数据。另外，GUI 100可以显示映射到表面的测量的光强(或光子密度)。
图6C和6D示出了窗口210内的重建208的示例三维输出。图6C示出了物体109的后视图(以象素化制图方式显示)，其示出了内部光源304的深度，以及内部光源304到照相机接收到的物体109的顶部表面上的表面发射309的投射。因此，图6C示出了表面表示115、内部光源表示304和表面上的源304的投射109。图6B示出了物体109的顶部透视图(以实体制图方式显示)和映射到3D断层摄影表示115上的内部光源的表面发射309.图6D示出了具有穿过物体109绘制的冠状、矢状和横切面的物体109的顶部透视图(以实体制图方式显示)。
从而，GUI 100允许用户在一个图像中显示若干类型的3D图示。更具体地，附6B同时示出：1)表面网格115；2)以伪彩色尺度代表的表面上的光子密度309；3)体内具有非零强度(例如>2％)的体素304的位置；4)由另一个伪彩色尺度代表的体素的强度(一般地由冷光图像显示部分107的图例指示)。在一个实施例中，断层摄影重建还使用谱成像和参数。参考图6A，分析窗口202包括允许用户为由重建工具208启动的断层摄影重建选择一个或多个波长的波长选择窗口204。例如，使用鼠标或类似的输入设备，用户可以创建一个框，并且选择出现在窗口204内的1、2或更多的波长。
参考图6C，DLIT参数窗口212包括允许用户改变用于断层摄影重建的重建参数的若干工具。窗口213允许用户设置在断层摄影重建中使用的若干表面元件。窗口215允许用户设置在断层摄影重建中使用的若干体积元件。用户还可以使用窗口217设置对体积网格重配置的增加，这在断层摄影重建针对体积网格的大小采用迭代方法时是有用的。复选框206允许用户指定在重建中是否使用统一的表面大小.在一个实施例中，断层摄影重建采用最小平方拟合，以便得出表现内部光源的解。复选框262和264允许用户影响如何执行最小平方拟合和求解(例如，启用非负最小平方拟合)。DLIT参数窗口212还包括窗口265，其允许用户指定用于断层摄影重建的结构光表示内所使用的路径的平均大小。另外，如所示出的，用户还可以设置对重建的角限制，以及在算术重建中采用的一个或多个常量或变量的值(Kappa)。
图6D示出了光学属性窗口214，其包括允许用户指定用于重建的一个或多个光学属性的若干谱分析工具。光学属性窗口214类似于图5B的光学属性窗口226，并且包括允许用户指定光学组织属性、光源谱和介质折射系数(它们中的每一个影响使用重建工具208进行内部光源的重建)的类似的工具。用户与光学属性窗口214内的和上面以窗口226所描述的相类似的工具交互，并且为了简短起见不再次描述。
重建结果窗口218(图6B)包括子窗口219，其列出了由计算机系统执行并且通过重建工具208启动的重建的结果的。一般地说，窗口219可以列出来自重建的任意结果或重建中使用的参数。当用户选择光子密度图按钮265时，GUI 100打开新窗口(未示出)，其图形地显示用于物体109的光表示的测量的和模拟的光学数据间的不同。
如上所述，3D工具部分302包括允许用户分析物体109的拓扑/断层摄影表示的若干图形工具。部分302包括两个带标签的窗口：网格窗口303(图6A，D和6E)以及体积窗口307(图6B和6C)。网格标签控制表面拓扑或表面网格的视觉显示。体积标签控制表面内部的光源点/体素的显示。包括3个正交的切片308a-c，以便根据由每个切片定义的平面给用户提供物体109的形状特性。触发开关305打开(图6D和6E)和关闭(图6A-C)切片308。如图6D中所示，在窗口210中显示正交切片308a-c。还分别为每个正交切片308a-c包括窗口210内的子窗口310a-c。每个子窗口310根据其相应的切片308的当前位置显示物体109的周长轮廓。滑块306a-c分别控制每个切片308a-c的位置。切片308还基于它们的当前位置提供空间三维体积信息。
正交切片308a-c还根据它们的当前位置示出了相交体积数据。在特定的实施例中，切片308a-c示出了具有高于零(或其它阈值)的光强的相交体素。图6B示出了定位为与内部光信息304相交的切片308a-c。光信息被作为相应于子窗口310a-c内的各个体积元素的点示出.因此，取决于每个切片的位置，这些切片工具不仅可以示出特定平面处的表面形状，而且它们示出了相交体积数据。换言之，它们示出了具有零或某些其它预定阈值以上的光强的体素。
3D工具部分302还包括用于操作窗口210内的拓扑表示115的呈现和位置的各种工具。下拉菜单322允许用户控制拓扑表示115的朝向、位置或视角。下拉菜单324允许用户指定拓扑表示115的绘制风格。示例的绘制风格包括线网表示、表面节点表示(图6C)、基于体积的表示(图6A)等。下拉菜单326允许用户指定观看拓扑表示115的光照条件。边界框按钮328放置关于拓扑表示115的框(图6A)。网格触发开关312允许用户打开和关闭拓扑表示。图6E示出了从由照相机获得的表面图像数据重建的没有物体109的拓扑表示115并且仅包括内部光源的内部光源304。
参考图6B，体积窗口307包括允许用户改变物体109的体积呈现的各种工具，诸如图例控制和视觉输出工具330、强度阈值工具334和体素呈现下拉菜单332。体素呈现下拉菜单332允许用户选择如何呈现内部体积数据。下拉菜单332提供了4个选项：纹理、点、球和立方体。可以构想其他选项以便便于内部数据的图示说明。图6C示出了点体素呈现，其指出了内部光数据的精确位置。图6B示出了立方体体素呈现，其更大并且更亮地显示内部体积数据，并且通常更容易在覆盖图内观看。图6D示出了纹理体素呈现，其对体素数据进行平滑处理，并且当有大量点(例如，在肾或其他宏结构内)时它是适合的。
GUI 100可用于对低强度光源成像，诸如来自荧光素酶表达细胞的冷光，来自荧光分子的荧光等。低强度光源可以包括在各种活性或非活性发光样本的任意一种内。非活性发光样本可以包括校准设备和试验设备。活性发光样本可以包括，例如，包含发光分子的动物或植物，包含活性有机体的组织培养基以及包含活性有机体的多孔板(包括96，384和864孔板)。动物可以包括任何哺乳动物，诸如包含荧光素酶表达细胞的老鼠和大鼠。
GUI 100在成像和研究中具有广泛的用途。能够追踪小型实验室动物诸如老鼠内的发光细胞的能力开启了在制药学和毒性学研究中的广泛应用。这些应用包括对传染病、转移中的肿瘤生长、转基因表现、化合物毒性以及用于基因治疗的病毒传染或传递系统等的体内监视。检测实时和活性动物内的信号的能力意味着通过对相同组的动物的试验可以研究疾病的进展或生物学过程，而不需要牺牲各个数据点。这导致使用较少的动物得到更高质量的数据，并且筛选化合物处理的速度导致更迅速的药物发现。
作为此处使用的术语，工具指允许用户向计算机系统输入信息的任意单个图形工具或图形控制器的组合。常见的传统图形工具包括按钮、文本框、滚动条、图片、旋转转盘、列表框，选择选项等。例如，复选框是一种包括空框的选择选项控制工具。当用户选择该框时，它被填充以“X”或其他视觉信息，以便指示用户已经选择了相应于该框的选项。例如，可以使用一个或多个复选框，以便允许用户从用于谱成像的一个或多个预定的组织属性(诸如上面列出的那些)中快速地选择。
本发明采用能够显示图像和分析包含在图像内的数据的某种形式的计算机系统。该计算机系统至少包括一个或多个处理器、一个或多个用户输入设备、显示器和运行在一个或多个处理器上的图形用户界面。该显示器能够响应来自输入设备的输入信号和来自一个或多个处理器的信号，以特定方式显示照片、结构光和冷光数据图像和相关联的信息。基于存储的指令，处理器执行拓扑和断层摄影重建算法以及GUI 100。
图7A和7B示出了适用于执行本发明的实施例的计算机系统600。图7A示出了该计算机系统的一种可能的物理形式。当然，该计算机系统可以具有许多物理形式，其范围从集成电路、印刷电路板、小型手持设备到最近的商业上可得到的样式。计算机系统600包括CRT监视器602、显示器604、外壳606、CD驱动器608、键盘610和鼠标612.盘614是用于向和从计算机系统600传递数据的计算机可读介质。显示器604一般地指以一种显示技术提供的视频输出，诸如CRT监视器、LCD屏幕、投影仪、OLED设备等。
图7B是计算机系统600的方框图的一个例子。附在系统总线620上的是各种子系统。处理器(多个)622(也称为中央处理单元，或CPU)耦合到包括存储器624的存储设备。存储器624包括随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。如本领域公知的，ROM起单向地向CPU传递数据和指令的作用，而RAM典型地用于以双向的方式传递数据和指令。固定盘626也双向地连接到CPU622；它提供附加的数据存储能力，并且还可以包括任意适合的计算机可读介质。固定盘626可以用于存储呈现和操作GUI 100的拓扑和断层摄影重建程序、指令、成像数据等，并且典型地是比主存储慢的副存储介质(诸如硬盘)。可移动盘614可以采用下面描述的任何计算机可读介质的形式。
CPU622还耦合到各种输入/输出设备，诸如显示器604、键盘610、鼠标612和扬声器630。CPU622与输入/输出设备和显示器604协同工作以实现上述的GUI 100。一般地，输入/输出设备可以是下列中的任一个：视频显示器、轨迹球、鼠标、键盘、麦克风、触敏显示器、换能读卡器、磁或纸带阅读器、写字板、输入笔、声音或手写识别器、生物测量阅读器或其他计算机。CPU622可选择地可以使用网络接口640耦合到另一个计算机或电信网络。
另外，本发明的实施例还涉及带有其上具有用于执行各种以计算机执行的操作的计算机代码的计算机可读介质的计算机存储产品。该介质和计算机代码可以是出于本发明的目的特殊设计和构造的，或它们可以是计算机软件领域内的技术人员公知和可得到的种类。计算机可读介质的例子包括，但是不限于：磁介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光学介质，诸如CD-ROM和全息设备；磁光介质，诸如可光读软磁盘；以及具体配置为存储和执行程序代码的硬件设备，诸如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)和ROM以及RAM设备。计算机代码的例子包括机器码(诸如由编译器产生的)，以及包含由计算机使用解释器执行的更高级代码的文件。在一个实施例中，将本发明作为指令存储在以例如C或C++编写的一个或多个程序内。
虽然已经出于清楚理解的目的以某种详细程度描述了上述发明，很明显在所附权利要求的范围内可以进行某些改变和修改。例如，虽然已经以工具面板102和为许多工具创建的独立的窗口描述了本发明，应当理解，本发明可不需要显示多个独立窗口，并且可以合并某些窗口。因此，本发明的例子应被认为是示例性的而不是限制性的，并且本发明不限于此处给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围内进行修改。

Claims (41)

1.一种能够显示和分析图像的计算机系统，该计算机系统包括：
一个或多个处理器；
一个或多个用户输入设备；
显示器，该显示器能够响应来自所述输入设备中的一个或多个的输入信号和来自所述处理器中的一个或多个的信号，以特定方式显示所述图像和相关信息，其中所述图像包括叠加有三维发光表示的物体表面的三维表示，该三维发光表示包括描述位于所述物体内的电磁辐射的位置和数值的信息；以及
运行在所述处理器中的一个或多个上、并且提供一个或多个重建工具的图形用户界面，其中当用户使用所述重建工具之一时，该计算机系统重建位于所述物体内的电磁辐射的三维发光表示。
2.如权利要求1的计算机系统，其中所述电磁辐射包括可见谱或近红外谱中的波长。
3.如权利要求2的计算机系统，其中所述光源发出冷光或荧光。
4.如权利要求1的计算机系统，其中当用户使用所述一个或多个重建工具时，所述计算机系统执行所述物体内部的电磁辐射源的断层摄影重建。
5.如权利要求4的计算机系统，其中所述重建工具包括允许用户改变在所述电磁辐射源的断层摄影重建中使用的重建参数的工具。
6.如权利要求1的计算机系统，其中所述重建工具包括一组正交切片工具，所述组正交切片工具产生一组切片，并且给用户提供与由每个切片定义的平面相交的电磁辐射数据。
7.如权利要求1的计算机系统，其中所述一个或多个重建工具包括选择波长工具，选择波长工具允许用户选择在重建所述三维发光表示时使用的一个或多个波长。
8.如权利要求7的计算机系统，其中所述波长选择工具允许用户选择用于所述电磁辐射的三维表示的重建的波长范围。
9.如权利要求1的计算机系统，其中所述一个或多个重建工具包括组织属性工具，组织属性工具允许用户选择在重建所述电磁辐射的三维表示时使用的组织属性模型。
10.如权利要求1的计算机系统，其中所述三维光表示还包括所述内部光源到所述物体表面的三维表示的映射。
11.如权利要求1的计算机系统，还包括用于定义所述图像上感兴趣的区域的一个或多个工具，其中当用户使用所述感兴趣的区域工具之一时，所述计算机系统针对所述定义的感兴趣的区域计算关于所述图像的一部分的信息。
12.如权利要求11的计算机系统，其中用于定义感兴趣的区域的所述一个或多个工具允许用户图形地创建所述图像上的矩形，所述图像上的椭圆形，所述图像上的线和所述图像上的网格中的至少一个。
13.如权利要求12的计算机系统，其中所述图形用户界面包括线轮廓工具，当选择该线轮廓工具时，该线轮廓工具使得所述计算机系统打开线轮廓窗口，该线轮廓窗口包括光子或计数相对于相应于在所述图像上创建的线的线部分的线位置的图。
14.如权利要求11的计算机系统，其中所述图形用户界面允许用户通过所述输入设备中的一个或多个移动所述图像上的所述线部分，或改变所述图像上的所述线部分的大小。
15.如权利要求1的计算机系统，其中所述显示窗口包括柱状图工具，当选择该柱状图工具时，该柱状图工具使得所述计算机系统自动计算和显示波长相对于所述发光表示的亮度等级的统计图。
16.如权利要求1的计算机系统，还包括不透明设置，其允许用户改变所述表面网格的透明度，以便更好地显示所述内部光源。
17.如权利要求1的计算机系统，其中所述图形用户界面图形地提供包括所述一个或多个工具的工具面板。
18.如权利要求17的计算机系统，其中在分离的窗口中提供所述图像和所述工具面板。
19.如权利要求18的计算机系统，其中所述工具面板包括一组专题工具部分。
20.一种能够显示和分析图像的计算机系统，该计算机系统包括：
一个或多个处理器；
一个或多个用户输入设备；
显示器，该显示器能够响应来自所述输入设备中的一个或多个的输入信号和来自所述处理器中的一个或多个的信号，以特定方式显示所述图像和相关信息，其中所述图像包括叠加有发光表示的物体表面的三维拓扑表示，该发光表示包括描述从所述拓扑表示的表面发出的光的位置和数值的信息；以及
运行在所述处理器中的一个或多个上、并且提供一个或多个拓扑表示工具的图形用户界面，其中当用户选择所述一个或多个拓扑表示工具时，该计算机系统构建所述物体的拓扑表示。
21.如权利要求20的计算机系统，其中当用户选择所述一个或多个拓扑表示工具时，所述计算机系统在所述显示器上输出所述拓扑表示的图示表示。
22.如权利要求20的计算机系统，其中在创建所述拓扑表示时，所述计算机系统采用一个或多个结构光图像。
23.如权利要求20的计算机系统，其中所述拓扑表示工具包括允许用户改变创建所述拓扑表示时使用的算术参数的工具。
24.如权利要求20的计算机系统，其中所述拓扑表示工具包括一组正交切片工具，该组正交切片工具产生一组切片，并且根据由每个切片定义的平面给用户提供所述拓扑表示的形状特征.
25.如权利要求24的计算机系统，还包括允许用户控制所述切片组中的每个切片的位置的用于每个切片的图形滑块工具。
26.一种能够显示和分析图像的计算机系统，该计算机系统包括：
一个或多个处理器；
一个或多个用户输入设备；
显示器，该显示器能够响应来自所述输入设备中的一个或多个的输入信号和来自所述处理器中的一个或多个的信号，以特定方式显示所述图像和相关信息，其中所述图像包括叠加有物体的三维发光表示的物体表面的三维表示，该三维发光表示包括描述位于所述物体内的光源的位置和数值的信息；以及
运行在所述处理器的一个或多个上、并且提供一个或多个谱分析工具的图形用户界面，其中当用户使用所述谱分析工具之一输入谱信息时，该计算机系统根据由所述一个或多个谱分析工具提供的输入执行所述光源的重建。
27.如权利要求26的计算机系统，其中所述谱分析工具包括允许用户选择用于所述发光表示的重建的波长的选择波长工具。
28.如权利要求27的计算机系统，其中所述选择波长工具允许用户选择用于所述发光表示的重建的波长范围。
29.如权利要求26的计算机系统，其中所述谱分析工具包括允许用户选择用于所述发光表示的重建的组织属性模型的组织属性工具。
30.如权利要求26的计算机系统，其中所述谱分析工具包括允许用户选择用于所述光源的代表性谱的光源谱工具。
31.如权利要求26的计算机系统，其中所述三维光表示还包括所述内部光源到所述物体表面的三维表示的映射。
32.如权利要求26的计算机系统，其中所述电磁辐射包括可见谱或近红外谱中的波长。
33.如权利要求26的计算机系统，其中所述谱分析工具包括绘图工具，当用户选择该绘图工具时，该绘图工具图形地示出与重建有关的信息。
34.一种能够显示和分析图像的计算机系统，该计算机系统包括：
一个或多个处理器；
一个或多个用户输入设备；
显示器，该显示器能够响应来自所述输入设备中的一个或多个的输入信号和来自所述处理器中的一个或多个的信号，以特定方式显示所述图像和相关信息，其中所述图像包括a)所述物体的第一发光表示，第一发光表示包括描述从所述物体内发出的光的位置和数值的第一信息，和b)所述物体的第二发光表示，第二发光表示包括描述从所述物体内发出的光的位置和数值的第二信息；以及
运行在所述一个或多个处理器上、并且提供一个或多个估计工具的图形用户界面，其中当用户使用所述重建工具之一时，该计算机系统量化地估计所述第一信息和所述第二信息。
35.如权利要求34的计算机系统，其中所述量化估计包括对所述第一信息和所述第二信息执行算术运算。
36.如权利要求35的计算机系统，其中所述工具允许用户从第二信息中减去第一信息。
37.如权利要求36的计算机系统，其中所述第一信息包括组织自动荧光信息，并且所述第二发光表示包括荧光图像。
38.如权利要求34的计算机系统，还包括允许用户为所述量化估计的结果创建覆盖图像的工具。
39.如权利要求34的计算机系统，还包括允许用户从发光表示列表中选择所述第一发光表示的工具。
40.如权利要求34的计算机系统，其中所述第一发光表示和所述第二发光表示显示在同一个窗口内。
41.如权利要求34的计算机系统，其中所述工具允许用户：将所述第一信息和所述第二信息相加，对所述第一信息和所述第二信息相乘或用所述第一信息去除所述第二信息。
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