CN103330549A - 自动防辐射的fmt和ct双模成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，包括：信号采集模块，其用于采集成像样品的激发荧光成像数据和X射线断层成像数据；控制器模块，用于控制其它各个模块的运作、参数设置以及数据处理和存储；数据传输模块，其用于传输系统内部数据；电源模块，其用于对整个系统供电；自动防辐射模块，其用于保护CCD相机以减少X射线对其的损伤。本发明能够实现激发荧光成像(FMT)和X射线断层成像(CT)的双模快速成像，并设计自动防辐射装置可在X射线电源打开时，有效的保护CCD相机，减少对内部感光芯片的损伤。

Description

自动防辐射的FMT和CT双模成像系统

技术领域

本发明属于生物分子影像领域，尤其涉及一种自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，其用于激发荧光成像和X断层成像的融合，并对系统融合中遇到的设备损伤问题设计有效的防护措施。

背景技术

医学分子影像技术可无创、连续、在体、早期地将影响肿瘤行为以及肿瘤对药物治疗反应的特定分子的表达和活动以及生理过程进行可视化，突破了传统影像技术只能显示病变所引起的解剖结构变化的局限。

随着分子影像研究的不断深入，原被广泛使用的平面光学分子影像技术不能对所观察的目标进行定量的三维成像，越来越不能满足生物医学研究的需要。同时，单一的光学分子影像技术不能提供生物体全面的生理病理信息，难以实现对肿瘤等重大疾病的精确诊断以及对药物疗效的准确有效评价。

于是，近年来一些涉及多模态分子影像系统和方法的挑战性问题逐渐显现出来。如FMT成像是采用激光激发样本产生荧光，然后用相机采集多角度的样本进行投影成像，再通过数据处理进行实时的三维成像。而CT成像一般是以X光为放射源所建立的断层图像，把探测扫描后的数据收集到控制系统进行处理、重建和显示。CT成像稳定、技术成熟但是辐射作用大、分辨率不高，与FMT成像技术的结合，有利于对样本更好的成像，得到最佳的效果。但是两者之间如何无影响、少干扰的融合也是一个挑战性的技术难题。该双模态成像技术也是在分子影像水平上对病灶或者药物反应的特定分子表达和活动进行可视化，从而实现无创、连续、早期发现病变，突破了传统影像技术在解剖结构上要求的局限。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种自动防辐射的FMT和CT双模成像系统和方法，以实现FMT和CT的双模快速成像，并设计自动防辐射装置，使两者之间进行无影响、少干扰的融合。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明公开了一种自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，包括：

信号采集模块，其用于采集成像样品的激发荧光成像数据和X射线断层成像数据；

控制器模块，用于控制其它各个模块的运作、参数设置以及数据处理和存储；

数据传输模块，其用于传输系统内部数据；

电源模块，其用于对整个系统供电；

自动防辐射模块，其用于保护CCD相机以减少X射线对其的损伤。

本发明还公开了一种自动防辐射的FMT和CT双模成像系统的成像方法，包括以下步骤：

步骤1、选择成像模态，所述成像模态包括CT断层成像和激发荧光成像两种；

步骤2、若选择CT断层成像模态，则打开X射线发射器照射至成像样品，并由X射线探测器采集成像数据，同时开启自动防辐射装置，以避免CCD相机被X射线照射；然后对所采集的成像数据进行处理并显示，其中自动防辐射装置默认状态下关闭；

步骤3、若选择激发荧光成像模态，则由激光器发出激光以激发成像样品，并由CCD相机采集成像数据；然后对成像数据进行处理并显示；

步骤4、若没有选择任何成像模态，则通过CCD相机观察成像样本的状态。

(三)有益效果

本发明能够实现激发荧光成像(FMT)和X射线断层成像(CT)的双模无干扰成像，并设计自动防辐射装置可在X射线电源打开时，有效的保护CCD相机，减少对内部感光芯片的损伤。

附图说明

图1为本发明中双模成像系统的整体结构示意图。

图2为本发明中双模成像系统中FMT和CT融合成像部分正视图。

图3为本发明中双模成像系统中FMT和CT融合成像部分侧视图。

图4为本发明中双模成像系统中自动防辐射模块的控制流程图。

图5为本发明中平推式防护铅门的局部放大机械结构图。

图6(A)和(B)为本发明中平推式防护铅门的立体动作过程示意图。

图7为本发明中旋转式防护铅门的局部放大机械结构图。

图8(A)和(B)为本发明中旋转式防护铅门的立体动作过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是，所描述的实例仅旨在便于对本发明的理解，而对其保护范围不起任何限定作用。

本发明提出了一种FMT和CT双模无干扰成像系统。本发明能够实现实时、无损的生物体内激发荧光成像和X射线断层成像的不同模态影像获取，通过设计自动防辐射模块可以观察指示灯并确保CCD相机的安全情况，从而克服了模态间的相互影响，并结合可视化技术对成像结果进行立体绘制，使用户能直观地从主机看到三维断层成像结果并对其作定位与定量等分析。

下面结合附图，详细描述本发明的自动防辐射的FMT和CT双模成像系统和方法。

图1示出了本发明提出的FMT和CT双模无干扰成像系统的整体示意图。如图1所示，该系统共包括五大模块，分别是：信号采集模块、控制器模块、数据传输模块、电源模块和自动防辐射模块五部分。其中，信号采集模块，采集成像样品的激发荧光成像数据和X射线断层成像数据；控制器模块，控制信号采集模块的工作运行，用于实现程序的有序运转，实现自动防辐射装置的自动开闭，旋转台的参数设置以及采集数据的处理和存储等；数据传输模块，传输采集数据和对处理后的数据进行相应传输；电源模块，对整个系统各个模块提供相应的电源，以保证系统的正常运转；自动防辐射模块，用于减少X射线的损伤，保护CCD相机，并进行系统正常工作状态的指示。

信号采集模块包括激光器、X射线发射器、X射线探测器、CCD相机、成像样品承载平台和滚筒式旋转平台。

图2和图3示出了本发明中FMT和CT融合于滚筒式旋转平台中成像部分的正视图和侧视图。如图2和3所示，X射线发射器和X射线探测器在滚筒式旋转平台横截平面内相对放置，激光器和CCD相机在所述横截平面内也相对放置，CCD相机被防护装置所包围。激光器和X射线发射器分别发射激光和X射线来对成像样本进行照射。当激光照射到成像样本上时，成像样本上的荧光染料或荧光蛋白发射出波长更长的荧光信号，被CCD相机采集。当X射线照射经过成像样本时，会有能量损失，损失后的X射线被探测器接收，进而进行三维重建。在两种模态融合中，CCD相机在激光器开启时用来拍摄激光激发荧光成像，激光器和X射线源都未打开时观察样本状态。成像样品承载平台，用于放置成像样品。滚筒式旋转平台，用于承载和旋转激光器、X射线发射器、X射线探测器、CCD相机以及包围所述CCD相机的防护装置，并采集从CCD相机和X射线探测器传输得到的数据。

数据传输模块，用于将采集到的样品数据传输至控制器模块和对控制器模块处理后的数据传输到外部进行显示，同时从控制器模块传输控制信号给自动防辐射模块中防护装置。其中，数据传输模块传输给自动防辐射模块中防护装置的控制信号主要是关门信号、开门信号和防护装置到指定位置的反馈信号。

自动防辐射模块，其包括包围所述CCD相机的防护装置，该防护装置主要由一定厚度的铅板包围CCD相机构成，在CCD相机镜头的一侧，设计可活动的进行开启和闭合的防护铅门。其中，所述防护铅门的铅原子质量数很大，原子结构非常致密，能够有效的反射X射线，阻止X射线的穿透，从而减少对CCD相机感光芯片的辐射伤害。其活动模式可以设为平推式和旋转式。旋转式的制作简便，开关灵活；平推式虽然安装要求较高，但是开关时所占空间少，对于成像系统的精简和小型成像系统会比较适合。

图5-6示出了本发明中平推式防护铅门的局部放大结构图。如图5-6所示，该防护装置主要包括铅盒、动力部件和支撑部件。其中铅盒包括铅盒顶盖3、铅盒顶盖铅板4、铅盒铅板6和铅盒底座7，用于形成对CCD相机的封闭包围，防止X光对相机感光芯片的伤害，铅盒顶盖3和铅盒顶盖铅板4是可活动的，由动力部件提供运动的动力，图6(A)示出了铅盒顶盖3和铅盒顶盖铅板4闭合的情形，图6(B)示出了铅盒顶盖3和铅盒顶盖铅板4打开的情形。所述动力部件由伸缩气缸1及其附属的伸缩气缸支架12组成，动力由伸缩气缸提供，但不仅限于伸缩气缸，也可由步进电机等提供动力。支撑部件主要包括螺丝2、第一仪器安装支架8、第二仪器安装支架10和第三仪器安装支架11，用于在相机和铅盒、铅盒和动力部件之间提供连接和支撑。镜头5和监测仪器9是对CCD相机的示意。另外，还在外部设置了工作状态指示灯，可以指示系统工作状态是否正常。工作状态指示灯由3个红黄绿不同颜色的LED彩灯组成，具体显示状况由控制器进行控制。

图7-8示出了本发明中旋转式CCD相机防护装置的局部放大机械结构图。如图7-8所示，该防护装置也包括铅盒、动力部件和支撑部件。其中铅盒包括铅盒顶盖13、铅盒顶盖铅板14、铅盒铅板16和铅盒底座17，用于形成对CCD相机的封闭包围，防止X光对相机感光芯片的伤害，铅盒顶盖13和铅盒顶盖铅板14是可活动的，由动力部件提供运动的动力，图8(A)示出了铅盒顶盖13和铅盒顶盖铅板14闭合的情形，图8(B)示出了铅盒顶盖13和铅盒顶盖铅板14打开的情形。所述动力部件由伸缩气缸24和附属的第一伸缩气缸支架22和第二伸缩气缸支架23组成，动力由伸缩气缸提供，但不仅限于伸缩气缸，也可由步进电机等提供动力。支撑部件主要包括第一仪器安装支架18、第二仪器安装支架19、第三仪器安装支架21和铰链25，用于在相机和铅盒、铅盒和动力部件之间提供连接和支撑。镜头15和检测仪器20是对CCD相机的示意。同上，也在外部设置了工作状态指示灯，可以指示系统工作状态是否正常。工作状态指示灯由3个红黄绿不同颜色的LED彩灯组成，具体显示状况由控制器进行控制。

控制器模块可以对FMT和CT采集的样品数据进行处理、存储，同时还可以控制自动防辐射模块的自动运行。

图4示出了本发明中自动防辐射模块的控制流程图。如图4所示，首先设定防护铅门打开为默认状态，当X射线源开关打开时，调用关门程序，控制器给防护铅门的动力装置如伸缩气缸、步进电机等发送一个关门信号，防护铅门关闭到指定位置，反馈信号使红灯亮，表示工作正常，防护铅门已经关闭到指定位置。当X射线源开关关闭时，通过传输模块给控制器模块发送一个高电平，控制器模块给防护铅门的动力装置发送一个开门信号，动力装置带动防护铅门打开，打开到指定的开门极限位置停止，绿灯亮，表示工作正常，防护铅门已经打开到指定位置。这样在即使激光器和X射线源都没有打开时，也可以用CCD相机观察样品的状态。而如果X射线源开关打开防护铅门没有关闭，X射线源开关关闭防护铅门门没有打开到默认状态或者运行中出现任何意外状况，黄灯亮，表示出现意外情况，需要检查系统设备。

本发明还公开了一种自动防辐射的FMT和CT双模成像方法。该方法包括：

步骤1：放置成像样品。将成像样品放置在图1所示的载物台上，在水平和竖直方向上调整样品台的位置，使成像样品位于旋转转筒的圆心处，在后面使用旋转滚筒时，保持样本位置不变。

步骤2：选择成像模态，若采用CT断层成像，需要打开X射线发射器和X射线探测器，此时X光会照射到CCD相机，则开启防护装置，即关闭防护铅门，保护CCD相机，对X射线探测器采集的数据进行数据处理并进行显示；

步骤3：若选择激发荧光成像，需要使用激光器和CCD相机，此时需要打开铅门，即不必开启防护装置，由激光器发出激光激发成像样品，并由CCD相机采集数据之后进行数据处理并进行显示；

步骤4：在没有选择成像模态的情况下，可以用系统上的CCD相机观察样本的状态。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，包括：

信号采集模块，其用于采集成像样品的激发荧光成像数据和X射线断层成像数据；

控制器模块，用于控制其它各个模块的运作、参数设置以及数据处理和存储；

数据传输模块，其用于传输系统内部数据；

电源模块，其用于对整个系统供电；

自动防辐射模块，其用于保护CCD相机以减少X射线对其的损伤。

2.根据权利1所述的自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：

激光器，其用于发出激光以照射至成像样品；

X射线发射器和X射线探测器，其用于发射X射线，并对成像样品进行断层成像；

CCD相机，其用于在激光器开启时获取成像样品的激发荧光成像数据，并在激光器和X射线发射器均未打开时观察成像样品的状态；

成像样品承载平台，其用于放置成像样品；

滚筒式旋转平台，其用于承载和旋转激光器、X射线发射器、X射线探测器、CCD相机及自动防辐射装置。

3.根据权利1所述的自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，其特征在于，所述自动防辐射装置由一定厚度的铅板包围CCD相机而构成；且所述自动防辐射装置在CCD相机镜头的一侧，具有可开合的防护铅门；其活动模式包括平推式和旋转式。

4.根据权利3所述的自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，其特征在于，所述平推式防护铅门由铅盒、动力部件和支撑部件构成，所述铅盒由铅板和顶盖构成，用于封闭所述CCD相机；所述动力部件由伸缩气缸及其附属的伸缩气缸支架组成，用于提供防护铅门开合的动力；所述支撑部件用于在CCD相机和铅盒、铅盒和动力部件之间提供链接和支撑；

所述旋转式防护铅门也包括铅盒、动力部件和支撑部件；所述铅盒包括铅板和顶盖，用于封闭所述CCD相机；所述动力部件由伸缩气缸及其附属的第一伸缩气缸支架和第二伸缩气缸支架组成，用于提供防护铅门开合的动力；所述支撑部件用于在CCD相机和铅盒、铅盒和动力部件之间提供链接和支撑。

5.根据权利4所述的自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，其特征在于，所述防护铅门的开合设定由所述控制器模块进行，从而实现自动防辐射装置的自动开闭。

6.根据权利5所述的自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，其特征在于，所述控制器模块对所述自动防辐射模块上防护铅门进行如下控制：

设定防护铅门的默认状态为打开，并在X射线发射器开关打开时，控制器模块向防护装置的动力装置发送一个关门信号，动力装置带动防护铅门关闭到指定位置；在X射线源开关关闭时，控制器模块向防护装置的动力装置发送一个开门信号，动力装置带动防护铅门打开到指定的极限位置。

7.根据权利1所述的自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，其特征在于，数据传输模块，具体用于传输信号采集模块采集到的成像样品数据，并将处理后的成像样品数据传输至系统外部，同时其还用于传输自动防辐射模块的控制信号。

8.根据权利7所述的自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，其特征在于，所述自动防辐射模块的控制信号包括关门信号、开门信号和防护装置到指定位置的反馈信号。

9.根据权利4所述的自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，其特征在于，所述自动防辐射模块，还包括外部设置的工作状态指示灯，用于指示系统工作状态是否正常。

10.根据权利9所述的自动防辐射的FMT和CT双模成像系统，其特征在于，工作状态指示灯由3个红黄绿不同颜色的LED彩灯组成，具体显示状况由控制器模块进行控制，其具体控制过程为：

当X射线发射器开关打开时，防护铅门关闭到指定位置，红灯亮，表示工作正常，防护铅门已经关闭到指定位置；如果X射线发射器开关关闭，防护铅门打开到极限位置，绿灯亮，表示工作正常，防护铅门已经打开到指定位置；如果X射线发射器开关打开而防护铅门没有关闭，X射线发射器开关关闭而防护铅门没有打开或者运行中出现任何意外状况，黄灯亮，表示出现意外情况，需要检查系统设备。

11.一种自动防辐射的FMT和CT双模成像系统的成像方法，包括以下步骤：

步骤1、选择成像模态，所述成像模态包括CT断层成像和激发荧光成像两种；

步骤2、若选择CT断层成像模态，则打开X射线发射器照射至成像样品，并由X射线探测器采集成像数据，同时开启自动防辐射装置，以避免CCD相机被X射线照射；然后对所采集的成像数据进行处理并显示，其中自动防辐射装置默认状态下关闭；

步骤3、若选择激发荧光成像模态，则由激光器发出激光以激发成像样品，并由CCD相机采集成像数据；然后对成像数据进行处理并显示；

步骤4、若没有选择任何成像模态，则通过CCD相机观察成像样本的状态。

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