CN103610471B - 一种光学多模态成像系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光学多模态成像系统和方法，该系统包括：旋转平台，分布均匀安装有CT系统、荧光成像系统和PET系统；多个直线平移台，安装于旋转平台上；CT系统，与计算机连接，用于采集待成像物体的断层解剖结构图像；荧光成像系统，与计算机连接，用于采集待成像物体的二维荧光图像；PET系统，与计算机连接，用于采集待成像物体的PET图像；计算机，接收图像并对其进行处理，最终得到待成像物体的三维图像。本发明还提出一种光学多模态成像方法。本发明可用于小动物预临床实验中对小动物等待成像物体进行同机融合三维光学成像。

Description

一种光学多模态成像系统与方法

技术领域

本发明涉及光学分子成像技术领域，特别是一种光学多模态成像系统与方法。

背景技术

近年来，随着光学分子影像学技术飞速发展，一些应用于医学的成像技术，如CT、超声、磁共振、放射性核素成像、正电子发射断层扫描(PET)，以及PET／CT等融合成像技术在生命科学及预临床研究中发挥着重要的作用。CT成像分辨率高，没有成像深度限制，能够提供解剖结构信息，但是不能对软组织进行很好的成像。荧光断层成像(FMT)利用光学分子探针，对探针的靶向组织进行生理和病理检测，但是其成像深度浅，分辨率较低。PET成像具有很好的特异性，并且能够提供功能代谢信息，但是其灵敏度和分辨率较低。如何能够将多种模态成像设备融合成像，将各个模态检测的信息进行融合成像，从而克服单一模态所提供的生理、病理和结构等信息的不足一直是光学分子影像学研究的热点。

国内外有很多研究机构将很多成熟的单模态系统，如CT、PET、FMT以及磁共振(MRI)等进行融合成像，从而获取被测生物体的多种信息。Angelique A等应用FMT／CT融合系统对小鼠颈部和肺部肿瘤进行检测，结果显示，融合了CT信息的FMT结果更为准确。Li C等构建一种FMT／PET系统，提供了一种FMT和PET双模成像的系统和方法。另外，Nahrendorf M等人利用商业PET／CT和FMT进行小鼠在体成像，移动放置小鼠的动物仓，依此进行各个模态成像。在这种系统和成像方式中，由于小鼠需要移动，势必会造成一些小鼠的姿势和位置变化，对最终成像会造成影响。目前来看，二种模态的系统可以做到同机成像，然而多数三种模态或以上的光学分子成像系统是将小动物在各个模态系统中分别进行成像，然后将图像进行融合。上述多模态融合成像的方式，使得小动物等待成像物体的体位在移动过程中产生改变。因此，所获取的图像需要经过算法进行校正，这样既增加了重建图像的时间，而且重建图像的质量也难以得到保证。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种光学多模态成像系统和方法，本发明以通常用于小动物等待成像物体单一模态成像中的CT系统、荧光成像系统和PET成像系统为基本设备，以一种同机融合PET成像的多模态成像方法为核心，同机采集CT、FMT的断层图像及PET图像，并将采集到的二维图像经过图形处理卡进行三维重建，从而获得待成像物体的生理和病理三维融合图像。

根据本发明的一方面，提出一种光学多模态成像系统，该系统包括：旋转平台、多个直线平移台、CT系统、荧光成像系统、PET系统和计算机，其中：

所述旋转平台垂直于地面安装，其旋转中心与待成像物体的中心处于同一水平线，其表面上分布均匀安装有所述CT系统、荧光成像系统和PET系统，并按照CT系统和荧光成像系统的成像要求进行旋转；

所述多个直线平移台安装于旋转平台之上，并且在旋转平台上呈正交布置，所述直线平移台上设有通信控制接口，用于连接所述计算机，根据所述计算机发来的控制指令进行移动；

所述CT系统与所述计算机连接，用于在旋转平台旋转过程中连续不断的采集待成像物体的断层解剖结构图像，并将采集到的断层解剖结构图像传输到所述计算机中进行处理和保存；

所述荧光成像系统与所述计算机连接，用于在旋转平台旋转到固定角度停止后，连续不断的检测待成像物体体内的荧光信号，得到二维荧光图像，并将采集得到的荧光图像传输到所述计算机中进行处理和保存；

所述PET系统与所述计算机连接，用于在旋转平台固定且直线平移台移动PET探测器并形成封闭区域时，连续不断的采集待成像物体的PET图像，并将得到的PET图像传输至所述计算机中进行处理和保存；

所述计算机与直线平移台、CT系统、荧光成像系统和PET系统相连，用于控制直线平移台的移动，接收所述直线平移台的运动参数，接收所述CT系统、荧光成像系统和PET系统发送的图像并对其进行保存和处理，最终得到待成像物体的三维图像。

根据本发明的另一方面，提出一种光学多模态成像方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，计算机控制直线平移台移动PET探测器形成一个封闭区域，开始对待成像物体进行PET成像，得到PET图像数据，将所述PET图像数据传输至所述计算机中进行存储；

步骤2，计算机控制直线平移台将PET探测器移开，荧光成像系统开始工作，开启激光器，将激光照射到待成像物体上，CCD相机连续不断地采集待成像物体体内发出的荧光信号，得到二维荧光图像，将所述二维荧光图像传输至所述计算机中进行处理和存储；

步骤3，所述荧光成像系统采集完一幅二维荧光图像后，旋转平台开始旋转，同时CT系统开始连续采集待成像物体的断层解剖结构图像，并将得到的断层解剖结构图像数据传输至所述计算机中进行处理和存储，旋转平台旋转90°后停止；

步骤4，重复所述步骤2和步骤3荧光成像系统和CT系统的图像采集方法，直到旋转平台旋转360°完成所有二维荧光图像和断层解剖结构图像的采集；

步骤5，所述计算机对所有得到的二维图像进行处理，利用二维图像重建待成像物体的三维图像，并对其进行保存，至此完成多模态图像采集和重建，结束。

由于在整个成像过程中，小动物等待成像物体始终固定于小动物平台之上，三种成像模态对小动物各个角度进行断层成像，最后经过图形处理卡对二维图像进行三维重建，多种模态的图像可以将各自的优势互补，克服单一模态的不足，提高图像质量。因此，本发明可用于预临床小动物等待成像物体实验中同机融合PET的光学分子成像。

附图说明

图1是本发明光学多模态成像系统的结构示意图；

图2是本发明光学多模态成像方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明光学多模态成像系统的结构示意图，如图1所示，所述光学多模态成像系统包括：旋转平台、多个直线平移台、CT系统、荧光成像系统、PET系统和计算机，其中：

所述旋转平台垂直于地面安装，其旋转中心与待成像物体的中心处于同一水平线，其表面上分布均匀安装有所述CT系统、荧光成像系统和PET系统，并按照CT系统和荧光成像系统的成像要求进行旋转；

所述多个直线平移台上设有通信控制接口，用于连接所述计算机，根据所述计算机发来的控制指令进行移动，所述直线平移台安装于旋转平台之上，并且在旋转平台上呈正交布置；

所述CT系统通过CT专用数据线与所述计算机连接，用于在旋转平台旋转过程中连续不断的采集待成像物体的断层解剖结构图像，并将采集到的断层解剖结构图像传输到所述计算机中进行处理和保存。所述CT系统包括X射线管和X射线探测器，其中，X射线管与X射线探测器安装在所述旋转平台之上，且相对安装，所述X射线管的射线口、待成像物体中心及X射线探测器的中心位置处于同一条直线上，以保证CT图像质量；

所述荧光成像系统通过USB或者串行接口数据线与所述计算机连接，用于在旋转平台旋转到固定角度停止后，连续不断的检测待成像物体体内的荧光信号，得到二维荧光图像，并将采集得到的荧光图像传输到所述计算机中进行处理和保存。所述荧光成像系统包括激光器和CCD相机，其中，激光器与CCD相机相对安装于旋转平台之上，CCD相机的成像视野需要能完全包括待成像物体全身，激光器发出的激光照射到待成像物体上，待成像物体体内产生激发荧光，此时CCD相机连续检测待成像物体体内的荧光信号，形成一幅二维荧光图像，并传输到所述计算机中；

所述PET系统通过PET探测器专用数据线与所述计算机连接，用于在旋转平台固定且直线平移台移动PET探测器并形成封闭区域时，连续不断的采集待成像物体的PET图像，并将得到的PET图像传输至所述计算机中进行处理和保存。所述PET系统包括多个PET探测器，PET探测器的数量为偶数对，并且不少于四组。所述PET探测器安装于直线平移台之上。待成像物体体内注射放射性同位素后放射出伽马光子，通过直线平移台移动PET探测器并形成封闭区域，PET探测器检测由待成像物体体内发出的伽马光子，经过光电转换后获取PET图像，并将所获得的PET图像传输至所述计算机中；

所述计算机安装有图形处理卡的插槽并能够支撑图形并行计算，所述图形处理卡与CT系统、荧光成像系统和PET系统相连，用于连续不断地采集各个成像系统得到的图像，并对采集得到的图像进行处理，比如位置配准，图像融合、图像重建等，将二维图像重建为三维图像；所述计算机上还装有用于连接直线平移台的通讯控制接口，该接口可以是USB接口或者串行接口，这些接口通过USB线或者串行线与直线平移台相连，可以从直线平移台读取其位置和速度参数，并将获得的参数返回所述计算机。所述计算机用于发出控制指令，控制直线平移台的移动，接收所述直线平移台的运动参数，接收所述CT系统、荧光成像系统和PET系统发送的图像并对其进行保存和处理，最终得到待成像物体的三维图像。

图2是本发明多模态成像方法的流程图，如图2所示，所述多模态成像方法包括以下步骤：

步骤1，计算机控制直线平移台移动PET探测器形成一个封闭区域，开始对待成像物体进行PET成像，得到PET图像数据，将所述PET图像数据传输至所述计算机中进行存储；

步骤2，计算机控制直线平移台将PET探测器移开，荧光成像系统开始工作，开启激光器，将激光照射到待成像物体上，CCD相机连续不断地采集待成像物体体内发出的荧光信号，得到二维荧光图像，将所述二维荧光图像传输至所述计算机中进行处理和存储；

步骤3，所述荧光成像系统采集完一幅二维荧光图像后，旋转平台开始旋转，同时CT系统开始连续采集待成像物体的断层解剖结构图像，并将得到的断层解剖结构图像数据传输至所述计算机中进行处理和存储，旋转平台旋转90°后停止；

步骤4，重复所述步骤2和步骤3荧光成像系统和CT系统的图像采集方法，直到旋转平台旋转360°完成所有二维荧光图像和断层解剖结构图像的采集；

步骤5，所述计算机对所有得到的二维图像进行处理，利用二维图像重建待成像物体的三维图像，并对其进行保存，至此完成多模态图像采集和重建，结束。

其中，PET系统的图像采集可以在其他模态的成像系统采集之前也可以在其他模态的成像系统采集结束后进行。

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 (8)

1.一种光学多模态成像系统，其特征在于，该系统包括：旋转平台、多个直线平移台、CT系统、荧光成像系统、PET系统和计算机，其中：

所述旋转平台垂直于地面安装，其旋转中心与待成像物体的中心处于同一水平线，其表面上分布均匀安装有所述CT系统、荧光成像系统和PET系统，并按照CT系统和荧光成像系统的成像要求进行旋转；

所述多个直线平移台安装于旋转平台之上，并且在旋转平台上呈正交布置，所述直线平移台上设有通信控制接口，用于连接所述计算机，根据所述计算机发来的控制指令进行移动；

所述CT系统与所述计算机连接，用于在旋转平台旋转过程中连续不断的采集待成像物体的断层解剖结构图像，并将采集到的断层解剖结构图像传输到所述计算机中进行处理和保存；

所述荧光成像系统与所述计算机连接，用于在旋转平台旋转到固定角度停止后，连续不断的检测待成像物体体内的荧光信号，得到二维荧光图像，并将采集得到的荧光图像传输到所述计算机中进行处理和保存；

所述PET系统与所述计算机连接，用于在旋转平台固定且直线平移台移动PET探测器并形成封闭区域时，连续不断的采集待成像物体的PET图像，并将得到的PET图像传输至所述计算机中进行处理和保存；

所述计算机与直线平移台、CT系统、荧光成像系统和PET系统相连，用于控制直线平移台的移动，接收所述直线平移台的运动参数，接收所述CT系统、荧光成像系统和PET系统发送的图像并对其进行保存和处理，最终得到待成像物体的三维图像；

所述PET系统包括多个PET探测器，所述PET探测器安装于直线平移台之上，所述PET探测器的数量为偶数对，并且不少于四组。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CT系统包括X射线管和X射线探测器，其中，X射线管与X射线探测器安装在所述旋转平台之上，且相对安装。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述X射线管的射线口、待成像物体中心及X射线探测器的中心位置处于同一条直线上。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述荧光成像系统包括激光器和CCD相机，其中，激光器与CCD相机相对安装于旋转平台之上。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述CCD相机的成像视野完全包括待成像物体全身；激光器发出的激光照射到待成像物体上，待成像物体体内产生激发荧光，CCD相机连续检测待成像物体体内的荧光信号，形成二维荧光图像。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，待成像物体体内注射放射性同位素后放射出伽马光子，通过直线平移台移动PET探测器并形成封闭区域，PET探测器检测由待成像物体体内发出的伽马光子，经过光电转换后获取PET图像。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机安装有能够支撑图形并行计算的图形处理卡和用于连接直线平移台的通讯控制接口。

8.一种光学多模态成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，计算机控制直线平移台移动PET探测器形成一个封闭区域，开始对待成像物体进行PET成像，得到PET图像数据，将所述PET图像数据传输至所述计算机中进行存储，其中，所述PET探测器安装于直线平移台之上，所述PET探测器的数量为偶数对，并且不少于四组；

步骤2，计算机控制直线平移台将PET探测器移开，荧光成像系统开始工作，开启激光器，将激光照射到待成像物体上，CCD相机连续不断地采集待成像物体体内发出的荧光信号，得到二维荧光图像，将所述二维荧光图像传输至所述计算机中进行处理和存储；

步骤3，所述荧光成像系统采集完一幅二维荧光图像后，旋转平台开始旋转，同时CT系统开始连续采集待成像物体的断层解剖结构图像，并将得到的断层解剖结构图像数据传输至所述计算机中进行处理和存储，旋转平台旋转90°后停止；

步骤4，重复所述步骤2和步骤3荧光成像系统和CT系统的图像采集方法，直到旋转平台旋转360°完成所有二维荧光图像和断层解剖结构图像的采集；

步骤5，所述计算机对所有得到的二维图像进行处理，利用二维图像重建待成像物体的三维图像，并对其进行保存，至此完成多模态图像采集和重建，结束。