CN103876769B - 一种ct/ft/pet三模态同步成像数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT/FT/PET三模态同步成像数据采集系统，所述系统包括：支撑装置，动力装置，信号传输装置，数据采集装置和控制系统。使用时，将检查床置于数据采集模块的成像孔中；由计算机发出控制信号，控制电机按所需模式运转，同时通过控制箱间接控制X射线管、激光器、CCD相机和滤光轮工作；圆盘机架围绕成像孔中心线按设定模式绕小动物旋转，并采集三模态数据；通过滑环将采集到的数据直接存储到计算机中；计算机分别将处理三种模态的数据，并重建三种模态的图像，然后将三种模态的图像通过特定的处理算法融合成一幅反应小动物检测部位结构、功能信息的图像。本三模态成像系统将CT、光学和PET三种不同的成像模式融合在同一机架结构下，通过统一的控制系统同时控制三种设备数据采集，实现三模态图像的融合。

Description

一种CT/FT/PET三模态同步成像数据采集系统

技术领域

本发明涉及分子影像成像技术领域，具体涉及一种可实现CT/FT/PET三模态同步成像数据采集系统。

背景技术

多模态成像技术是当前医学影像设备研究领域的热点，相比于单一模态例如CT(计算机断层成像)、MRI（磁共振成像）、PET（正电子发射断层成像）等成像技术，多模态成像技术因为融合了多种模态成像技术的优点，能够同时提供更多、更全的生物体功能、结构信息，在生物医学研究相关领域具有广泛的应用。

迄今为止，已经有多个研究团队和商业机构研制出了多种用于人类临床研究或者小动物研究的多模态成像系统，例如西门子医疗器械公司的InveonPET/CT、UCLA开发SofieBiosciences商业化的GENISYSPET/CT以及国内清华大学白净教授团队研发的用于小动物研究的PET/FT双模态系统(参见:BinZhangetc.“Simultaneousfluorescenceandpositronemissiontomographyforinvivoimagingofsmallanimals”[J].BiomedicalOpticsLetters，16(12)，2011)等，除此之外，还存在其他多种双模态或者三模态系统，系统的融合形式除了上面列举的PET/CT和PET/FT之外，还包括SPECT/CT、SPECT/MRI、PET/MRI等等，在此并不一一列举。

虽然现在已经有多种双模态或者三模态生物医学影像系统被研制成功，但是这些系统都是基于异机架结构的系统，不同模态的成像部件被安装在不同的旋转机架上。这种结构的缺点是需要在不同的机架结构下获取不同模态的图像，然后经过配准过程实现多模态融合图像的获取，使用时易受生物体运动的影响，多模态图像融合难度大、精度低；另外，采用异机架结构，不同模态的图像需要在不同的机架结构下获取，无法实现多种模态图像的同时获取，不可能获得真正意义上的实时多模态融合图像。

发明内容

本发明的目的在于克服上述多模态断层成像技术中存在的不足，提出一种CT/FT/PET三模态同步成像数据采集系统，该系统能够有效避免传统基于异机架结构多模态影像系统在进行断层成像时由于扫描位置的不同所带来的图像融合困难等问题，同时能够为小动物研究提供更全面、精确的结构和功能信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种CT/FT/PET三模态同步成像数据采集系统，具有用于被观测的小动物，所述系统包括支撑装置、动力装置、数据采集装置、信号传输装置以及控制系统，其中

支撑装置，用于支撑所述系统进行数据采集；所述支撑模块设有底座，在所述底座上设有承托架，一连接轴穿接于所述承托架，所述连接轴中空，与所述支架之间设有轴承，所述连接轴可相对于所述承托架可自由转动；

动力装置，用于为数据采集提供动力；所述动力装置包括电机、减速器、主动轮、从动轮以及皮带，所述电机的输出轴与所述减速器的输入端连接，所述减速器的输出轴与所述主动轮连接，所述从动轮套接在所述连接轴的一端，所述主动轮与所述从动轮通过所述皮带连接实现传动；

数据采集装置，用于实现CT/FT/PET三模态数据的采集；所述数据采集装置包括小动物舱、转盘机架、成像孔、CT数据采集子模块、PET数据采集子模块以及FT数据采集子模块；所述成像孔设置于所述转盘机架的中心，所述小动物舱设置于所述成像孔中，所述CT数据采集子模块、PET数据采集子模块以及FT数据采集子模块以所述成像孔18为圆心圆周分布；

信号传输装置，用于实现数据采集装置与控制系统之间的数据交换；其中，所述信号传输装置由滑环构成，所述滑环设置在连接轴与从动轮同一端的尾部，所述滑环上的转子插入连接轴，连接轴的另一端与转盘机架连接；滑环的转子线与转盘机架上的数据采集部件连接，连接导线通过连接轴的中空部分，滑环的定子线与控制系统和电源相连；

控制系统，用于控制所述系统的运行，同时存储采集数据并用于图像重建、可视化；其中，所述控制系统由计算机以及与其电信号连接的控制箱，所述控制箱与所述电机、所述CT数据采集子模块、PET数据采集子模块以及FT数据采集子模块连接。

需要说明的是，所述CT数据采集子模块由X射线管、X射线束光器和X射线探测器构成，所述X射线束光器设置于所述X射线管的射线输出口的正前方，所述X射线探测器的探测面正对所述X射线管的输出口，其中，所述成像孔位于所述X射线束光器与所述X射线探测器之间，所述X射线探测器的中心与所述X射线管的输出口中心共线。

需要说明的是，所述PET数据采集子模块具有两个PET探测器头，所述两个PET探测器头的光子接收面正对设置，所述成像孔位于所述光子接收面之间。

需要说明的是，所述FT数据采集子模块由激光器、CCD相机以及滤光轮组成，所述滤光轮设置于所述CCD相机的镜头的正前方，所述激光器的输出口与所述CCD相机的镜头正对，所述成像孔位于所述激光器与所述滤光轮之间。

需要进一步说明的是，数据采集时所述小动物的体轴与所述成像孔的中心线重合。

基于本发明的一种CT/FT/PET三模态同步成像数据采集系统，所述系统可实现对小动物单一模态、任意双模态或三模态的数据采集模式

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明将CT、FT、PET三种断层成像模态整合到同一个圆盘机架下，与现在的异机架结构多模态成像系统相比，数据采集过程中不需要移动小动物，而且三种模态数据能够进行同时采集，从而降低了多模态数据配准难度；

2、本发明综合了CT、FT、PET三种成像模态的优点，利用CT成像提供高分辨率的结构图像、利用PET成像提供小动物体深层目标源的功能信息、利用FT成像提供小动物体浅层目标源的功能信息，为小动物相关研究提供更全面的结构和功能信息；

3、本发明将CT、FT、PET三种成像模态整合到同一机架下，可以直接利用CT扫描数据对PET数据进行衰减校正、也可以直接利用PET数据作为光学重建的先验信息，从而三种成像模态优势互补，提高成像准确度，缩短成像时间；

4、本发明三种成像模态在同一机架下，三种模态原始数据同时采集，可实现同步成像。

附图说明

图1为本发明的动力模块和支撑模块结构图；

图2为本发明的数据采集模块结构图；

图3为本发明的控制与数据存储、处理模块示意图；

图4为本发明的信号传输示意图；

图5为本发明整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的描述。需要说明的是，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1～5所示，本发明为一种CT/FT/PET三模态同步成像数据采集系统，具有用于被观测的小动物，所述系统包括支撑装置、动力装置、数据采集装置、信号传输装置以及控制系统，其中

支撑装置，用于支撑所述系统进行数据采集；所述支撑模块设有底座，在所述底座上设有承托架1，一连接轴2穿接于所述承托架1，所述连接轴2与所述承托架1之间设有轴承3，所述连接轴2可相对于所述承托架1可自由转动；

动力装置，用于为数据采集提供动力；所述动力装置包括电机4、减速器5、主动轮6、从动轮61以及皮带7，所述电机3的输出轴与所述减速器5的输入端连接，所述减速器5的输出轴与所述主动轮6连接，所述从动轮61套接在所述连接轴2的一端，所述主动轮6与所述从动轮61通过所述皮带7连接实现传动；

数据采集装置，用于实现CT/FT/PET三模态数据的采集；所述数据采集装置包括小动物舱8、转盘机架9、成像孔18、CT数据采集子模块、PET数据采集子模块以及FT数据采集子模块；所述成像孔18设置于所述转盘机架9的中心，所述小动物舱8设置于所述成像孔18中，所述CT数据采集子模块、PET数据采集子模块以及FT数据采集子模块以所述成像孔18为圆心圆周分布；

信号传输装置，用于实现数据采集装置与控制系统之间的数据交换；其中，所述信号传输装置由滑环17构成，所述滑环17设置在连接轴2与从动轮61同一端的尾部，所述滑环17上的转子插入连接轴2，连接轴2的另一端与转盘机架连接；滑环17的转子线与转盘机架9上的数据采集部件连接，连接导线通过连接轴2的中空部分，滑环17的定子线与控制系统和电源相连；

控制系统，用于控制所述系统的运行，同时存储采集数据并用于图像重建、可视化；其中，所述控制系统由计算机20以及与其电信号连接的控制箱19，所述控制箱19与所述电机4、所述CT数据采集子模块、PET数据采集子模块以及FT数据采集子模块连接。

需要说明的是，所述CT数据采集子模块由X射线管12、X射线束光器13和X射线探测器11构成，所述X射线束光器13设置于所述X射线管12的射线输出口的正前方，所述X射线探测器11的探测面正对所述X射线管12的输出口，其中，所述成像孔18位于所述X射线束光器13与所述X射线探测器11之间，所述X射线探测器11的中心与所述X射线管12的输出口中心共线。

需要说明的是，所述PET数据采集子模块具有两个PET探测器头10，所述两个PET探测器头10的光子接收面正对设置，所述成像孔18位于所述光子接收面之间。

需要说明的是，所述FT数据采集子模块由激光器14、CCD相机15以及滤光轮16组成，所述滤光轮16设置于所述CCD相机15的镜头的正前方，所述激光器14的输出口与所述CCD相机15的镜头正对，所述成像孔18位于所述激光器14与所述滤光轮16之间。

需要进一步说明的是，数据采集时所述小动物的体轴与所述成像孔18的中心线重合。

需要进一步说明的是，本发明还设有图像处理系统，其主要包括CT图像处理子系统、PET图像处理子系统、光学图像处理子系统和图像配准可视化子系统，其中：

CT图像处理子系统，用于对采集到的CT数据进行滤波、重建、可视化及其他必要处理。

PET图像处理子系统，用于对采集到的PET数据进行衰减校正、重建、可视化及其他必要处理。

FT图像处理子系统，用于对采集到的FT数据进行滤波、重建、可视化及其他必要处理。

图像配准可视化子系统，用于实现三种模态或者任意两种模态图像数据的融合及可视化。

所述用于小动物研究的CT/FT/PET三模态同步成像系统采用同机架架构，能够避免数据采集过程中由于小动物的运动造成的扫描位置差异等原因带来的图像配准和融合方面的误差，同时能够更全面的反应小动物成像区域的功能和机构信息，大大提高图像的精度和使用范围。

根据本发明的一种CT/FT/PET三模态同步成像数据采集系统，可实现对小动物单一模态、任意双模态或三模态的数据采集模式。

Claims (5)

1.一种CT/FT/PET三模态同步成像数据采集系统，用于被观测的小动物，其特征在于，所述系统包括支撑装置、动力装置、数据采集装置、信号传输装置以及控制系统，其中

支撑装置，用于支撑所述系统进行数据采集；所述支撑装置设有底座，在所述底座上设有承托架，一连接轴穿接于所述承托架，所述连接轴中空，与所述承托架之间设有轴承，所述连接轴可相对于所述承托架可自由转动；

动力装置，用于为数据采集提供动力；所述动力装置包括电机、减速器、主动轮、从动轮以及皮带，所述电机的输出轴与所述减速器的输入端连接，所述减速器的输出轴与所述主动轮连接，所述从动轮套接在所述连接轴的一端，所述主动轮与所述从动轮通过所述皮带连接实现传动；

数据采集装置，用于实现CT/FT/PET三模态数据的采集；所述数据采集装置包括小动物舱、转盘机架、成像孔、CT数据采集子模块、PET数据采集子模块以及FT数据采集子模块；所述成像孔设置于所述转盘机架的中心，所述小动物舱设置于所述成像孔中，所述CT数据采集子模块、PET数据采集子模块以及FT数据采集子模块以所述成像孔18为圆心圆周分布；

信号传输装置，用于实现数据采集装置与控制系统之间的数据交换；其中，所述信号传输装置由滑环构成，所述滑环设置在连接轴与从动轮同一端的尾部，所述滑环上的转子插入连接轴，连接轴的另一端与转盘机架连接；滑环的转子线与转盘机架上的数据采集部件连接，连接导线通过连接轴的中空部分，滑环的定子线与控制系统和电源相连；

控制系统，用于控制所述系统的运行，同时存储采集数据并用于图像重建、可视化；其中，所述控制系统由计算机以及与其电信号连接的控制箱，所述控制箱与所述电机、所述CT数据采集子模块、PET数据采集子模块以及FT数据采集子模块连接。

2.根据权利要求1所述的三模态同步成像数据采集系统，其特征在于，所述CT数据采集子模块由X射线管、X射线束光器和X射线探测器构成，所述X射线束光器设置于所述X射线管的射线输出口的正前方，所述X射线探测器的探测面正对所述X射线管的输出口，其中，所述成像孔位于所述X射线束光器与所述X射线探测器之间，所述X射线探测器的中心与所述X射线管的输出口中心共线。

3.根据权利要求1所述的三模态同步成像数据采集系统，其特征在于，所述PET数据采集子模块具有两个PET探测器头，所述两个PET探测器头的光子接收面正对设置，所述成像孔位于所述光子接收面之间。

4.根据权利要求1所述的三模态同步成像数据采集系统，其特征在于，所述FT数据采集子模块由激光器、CCD相机以及滤光轮组成，所述滤光轮设置于所述CCD相机的镜头的正前方，所述激光器的输出口与所述CCD相机的镜头正对，所述成像孔位于所述激光器与所述滤光轮之间。

5.根据权利要求1所述的三模态同步成像数据采集系统，其特征在于，数据采集时所述小动物的体轴与所述成像孔的中心线重合。