CN111080558B - 基于活体小动物伽马相机成像的图像显示及优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于活体小动物伽马相机成像的图像显示及优化方法，步骤为：传输获取伽马相机采集的原始数据，并对数据进行解析；确定加权系数，对位置坐标进行定标；计算每次入射伽马射线的坐标信息和能量信息；将得到的能量信息形成相应的能量谱，选取特定范围的能量所对应的坐标，得到目标图像；对目标图像进行校准优化，得到最终的伽马核素图像。本发明能够优化成像质量，并且减少成像时间。
Description
技术领域
本发明属于伽马相机成像技术领域，特别涉及了一种图像显示及优化方法。
背景技术
伽马相机成像是了解实验动物生物过程的有用工具。对小动物做伽马相机成像时，可以用来验证药物的代谢行为，利用核素成像技术获得药物活体动物的整体分布动态二维图像，并可分析不同器官内药物的经时变化及器官富集、代谢状态，解决光学成像的穿透深度问题，对于研究生物组织生理变化以及药效评价都有非常重大的意义。而伽马相机成像过程是一个累积信号的过程，时间冗长，成像过程复杂，不同硬件基础的成像方式也是有所出入。如何有效的优化成像过程和缩短成像时间一直是一个重要问题。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了基于活体小动物伽马相机成像的图像显示及优化方法。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
基于活体小动物伽马相机成像的图像显示及优化方法，包括以下步骤：
(1)传输获取伽马相机采集的原始数据，并对数据进行解析；
(2)确定加权系数，对位置坐标进行定标；
(3)计算每次入射伽马射线的坐标信息和能量信息；
(4)将得到的能量信息形成相应的能量谱，选取特定范围的能量所对应的坐标，得到目标图像；
(5)对目标图像进行校准优化，得到最终的伽马核素图像。
进一步地，在步骤(1)中，对应每次入射的伽玛射线，生成一个数据包，该数据包以一个16位的固定数据开头，以另一个16位的固定数据结尾，每个数据包内包含这次入射产生的光输出，在数据头及数据尾之间，最多包含20行8列一共28个数据，最少包含0个数据，每个数据的高6位表示通道号，低10位表示脉冲幅度；在获取相应的数据包后，锁定头尾数据，取出需要的数据格式，将数据的高6位与低10位分离，获取对应的通道和数据大小。
进一步地，在步骤(2)中，采取特定的加权系数使得图像按实际视野比例在512*512的像素单元中居中显示，所述加权系数按下式计算：
Wy(Ri)＝18+Ri*25，0≤Ri≤19
Wx(Ci)＝168+Ci*25，0≤Ci≤7
上式中，Wy(Ri)和Wx(Ci)分别为行和列的加权系数，Ri是行信号，Ci是列信号。
进一步地，在步骤(3)中，所述坐标信息按下式计算：
上式中，X表示横坐标，C(Ci)表示Ci列的数据大小，Y表示纵坐标，R(Ri)表示Ri行的数据大小。
进一步地，在步骤(3)中，所述能量信息按下式计算：
上式中，E为每次入射伽马射线的辐射能量。
进一步地，在步骤(4)中，将某一放射性核素的泛源对采集设备进行照射，根据步骤(3)得到每次入射伽马射线的能量信息，将所有能量信息汇总得到相应的能量谱，确定本次实验核素对应的能峰，将放射性核素随同药物注射进小动物体内，选取相应能峰所对应的坐标，得到目标图像。
进一步地，步骤(5)的具体过程如下：
(501)采集标准256*256像素的泛源图像；
(502)计算生成256*256像素的校准系数表；
(503)插值放大形成512*512像素的校准系数表；
(504)采集步骤(4)得到的512*512像素的目标图像；
(505)将512*512像素的目标图像与512*512像素的校准系数表进行拟合，实现对目标图像的校准优化。
进一步地，所述校准系数表记载了每个像素点对应的校准系数，所述校准系数按下式计算：
上式中，Imax是图像的大小，E(X,Y)是图像点(X,Y)的灰度值，Eavg是图像的平均灰度，U(X,Y)是图像点(X,Y)的校准系数。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明通过一定的加权系数，将核素图像信息有效的显示在512*512图像的中心位置，整个有效信息视野与原始探测器同比例显示，使得图像更为直观；本发明将核素成像校准过程进行了有效优化，一定程度上提高了图像的空间分辨率，同时将普通的校准时间压缩为原来的四分之一，为整个过程节省了大量时间。
附图说明
图1是本发明的整体流程图；
图2是本发明实施例中位置与能量信息的示意图；
图3是本发明校准优化的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
基于活体小动物伽马相机成像的图像显示及优化方法，如图1所示，步骤如下：
步骤1：传输获取伽马相机采集的原始数据，并对数据进行解析；
步骤2：确定加权系数，对位置坐标进行定标；
步骤3：计算每次入射伽马射线的坐标信息和能量信息；
步骤4：将得到的能量信息形成相应的能量谱，选取特定范围的能量所对应的坐标，得到目标图像；
步骤5：对目标图像进行校准优化，得到最终的伽马核素图像。
在本实施例中，优选地，在步骤1中，对应每次入射的伽玛射线，生成一个数据包，数据包以一个16位的固定数据开头，以另外一个固定数据结尾，每个数据包内包含这次入射产生的光输出，在数据头及数据尾之间，最多包含20行8列一共28个数据，最小0个数据。数据包的头是二进制数1111000000000001，对应16进制数F001，数据包的尾是1111100000000001，对应16进制数F101。头尾之间的数据为N个16位数据，根据每一次入射伽玛射线位置不同，包内的数据量可能不同。每个数据的高6位是通道号ch(0-27)，低10位是脉冲幅度data(0-1023)。其中ch的取值为0到19时，合计20个通道是行信号Ri；ch取值为20到27时，合计8个通道是列信号Ci。传输获取伽马相机采集的原始数据，该数据是碘化钠闪烁晶体吸收伽马射线，发出荧光，荧光经过光电倍增管，形成的带有能量和位置信息的电压信号。上位机对数据进行解析，利用TCP协议通讯，从硬件中获取相应的数据包，锁定头尾数据，取出需要的数据格式，将数据高6位与低10位分离，获取对应的通道和数据大小。
在本实施例中，优选地，在步骤2中，采取特定的加权系数使得图像按实际视野比例在512*512的像素单元中居中显示，所述加权系数按下式计算：
Wy(Ri)＝18+Ri*25，0≤Ri≤19
Wx(Ci)＝168+Ci*25，0≤Ci≤7
上式中，Ri是行信号，共有20行，故Ri取值范围为0到19；Ci是列信号，共有8列，故Ci取值范围为0到7。参数选取25是为了让所有列尽量铺满512的图像，由19与间距25相乘可以得到475，对应的图像显示区域则为475，在512的长度范围内，依旧剩余37的像素单元，因此参数18是为了让列起点空余18个像素单元，这样使得结尾空余19个像素单元，使得整个图像在512的画布里上下居中。同理，由列信号确定了间距参数25之后，为了图像按实际比例显示，行间距参数也确定为25，此时由7与间距25相乘空余得到175，对应图像显示的宽为175，在512的长度范围内，依旧剩余337个像素单元，因此参数168,是为了让行起点空余168个像素单元，这样使得结尾空余169个像素单元，使得整个图像在512的画布里左右居中。最终得到的Wy(Ri)和Wx(Ci)分别是行与列的加权系数。如图2所示，Wy(Ri)为图中右侧数据，Wx(Ci)为图中下侧数据，同时匹配硬件光电倍增管阵列的5:2的行列比。
在本实施例中，优选地，在步骤3中，所述坐标信息按下式计算：
上式中，X表示横坐标，其中C(Ci)表示Ci列的数据大小，该数据大小的物理意义是该列接收到的辐射大小的总和，用它与该列对应的加权系数Wx(Ci)相乘，8列数据与其对应的加权系数相乘的总和与8列数据的总和相除，就得到对应的横坐标。Y表示纵坐标，其中R(Ri)表示Ri行的数据大小，该数据大小的物理意义是该行接收到的辐射大小的总和，用它与该行对应的加权系数Wy(Ri)相乘，20行数据与其对应的加权系数相乘的总和与20行数据的总和相除，就得到对应的纵坐标。
如图2所示举例，图中的点为伽马射线入射点，其能量向四周辐射，越靠近蓝点的辐射值越大，图2中X的坐标和Y的坐标分别应为：
整个能量大小是单次接受到辐射强度的总和，所以所有行的信号大小或者所有列的信号大小可以理解为伽马射线沉积的能量，所以所述步骤3的能量计算公式如下：
如图2所示举例，其能量大小应为：
上式中，能量E的大小没有进行过定标，在实际实验过程中，也无需定标，例如在用标准锝99泛源(能量大小约为141KeV)进行能量谱绘制时，可能能峰集中在E＝550左右，此时只要选取能量谱附近(例如545-555区间)的能宽，这时对应的X、Y坐标所成的图像就是目标图像。由于碘化钠晶体受温度影响较大，导致每次试验对应同种放射性物质能量的大小有所出入，可能第二次试验时，上述锝99对应的能峰可能漂移到E＝560处，所以单纯的将550标定为141KeV的做法不可取。
在本实施例中，优选地，在步骤4中，将某一放射性核素的泛源对采集设备进行照射，得到相应的能量谱，确定本次实验核素对应的能峰。将放射性核素随同药物注射进小动物体内，选取相应能峰所对应的坐标，即可得到药物活体动物的整体分布动态二维图像。
在本实施例中，优选地，如图3所示，步骤5的具体过程如下：
501、采集标准256*256像素的泛源图像；
502、计算生成256*256像素的校准系数表；
503、插值放大形成512*512像素的校准系数表；
504、采集步骤4得到的512*512像素的目标图像；
505、将512*512像素的目标图像与512*512像素的校准系数表进行拟合，实现对目标图像的校准优化。
所述校准系数表记载了每个像素点对应的校准系数，所述校准系数按下式计算：
上式中，Imax是图像的大小，E(X,Y)是图像点(X,Y)的灰度值，Eavg是图像的平均灰度，U(X,Y)是图像点(X,Y)的校准系数。
由于伽马相机成像的过程是一个数据动态累计的过程，通常这里生成一张灰度饱满且可以用来计算校准表的512*512像素的泛源图像需要两个小时左右，为节省实验时间，使用采集256*256图像的方法，此时图像采集时间缩短为原来的四分之一。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.基于活体小动物伽马相机成像的图像显示及优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)传输获取伽马相机采集的原始数据，并对数据进行解析；
(2)确定加权系数，对位置坐标进行定标；
(3)计算每次入射伽马射线的坐标信息和能量信息；
(4)将得到的能量信息形成相应的能量谱，选取特定范围的能量所对应的坐标，得到目标图像；
(5)对目标图像进行校准优化，得到最终的伽马核素图像；
在步骤(2)中，采取特定的加权系数使得图像按实际视野比例在512*512的像素单元中居中显示，所述加权系数按下式计算：
Wy(Ri)＝18+Ri*25，0≤Ri≤19
Wx(Ci)＝168+Ci*25，0≤Ci≤7
上式中，Wy(Ri)和Wx(Ci)分别为行和列的加权系数，Ri是行信号，Ci是列信号；
步骤(5)的具体过程如下：
(501)采集标准256*256像素的泛源图像；
(502)计算生成256*256像素的校准系数表；
(503)插值放大形成512*512像素的校准系数表；
(504)采集步骤(4)得到的512*512像素的目标图像；
(505)将512*512像素的目标图像与512*512像素的校准系数表进行拟合，实现对目标图像的校准优化；
所述校准系数表记载了每个像素点对应的校准系数，所述校准系数按下式计算：
上式中，Imax是图像的大小，E(X,Y)是图像点(X,Y)的灰度值，Eavg是图像的平均灰度，U(X,Y)是图像点(X,Y)的校准系数。
2.根据权利要求1所述基于活体小动物伽马相机成像的图像显示及优化方法，其特征在于，在步骤(1)中，对应每次入射的伽玛射线，生成一个数据包，该数据包以一个16位的固定数据开头，以另一个16位的固定数据结尾，每个数据包内包含这次入射产生的光输出，在数据头及数据尾之间，最多包含20行8列一共28个数据，最少包含0个数据，每个数据的高6位表示通道号，低10位表示脉冲幅度；在获取相应的数据包后，锁定头尾数据，取出需要的数据格式，将数据的高6位与低10位分离，获取对应的通道和数据大小。
3.根据权利要求1所述基于活体小动物伽马相机成像的图像显示及优化方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述坐标信息按下式计算：
上式中，X表示横坐标，C(Ci)表示Ci列的数据大小，Y表示纵坐标，R(Ri)表示Ri行的数据大小。
4.根据权利要求3所述基于活体小动物伽马相机成像的图像显示及优化方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述能量信息按下式计算：
上式中，E为每次入射伽马射线的辐射能量。
5.根据权利要求3所述基于活体小动物伽马相机成像的图像显示及优化方法，其特征在于，在步骤(4)中，将某一放射性核素的泛源对采集设备进行照射，根据步骤(3)得到每次入射伽马射线的能量信息，将所有能量信息汇总得到相应的能量谱，确定本次实验核素对应的能峰，将放射性核素随同药物注射进小动物体内，选取相应能峰所对应的坐标，得到目标图像。
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