专利名称：一种联合成像的锥束x射线发光断层成像系统及其方法
技术领域：
本发明属于电子技术领域，尤其涉及的是一种联合成像的锥束X射线发光断层成像系统。本发明利用锥束X射线激发待成像物体内的药品，不但可以使待成像物体的药品受激发完全，而且可以利用X射线成像获取成像物的三维解剖结构信息，从而得到准确的待成像物体中药品的三维空间分布成像，在对待成像物体进行荧光断层成像过程中实现多模态成像。
背景技术：
X射线计算机 断层成像(CT)技术广泛用于空间分辨率高的解剖结构像的获取，但它在分子影像领域中的作用却非常有限。碘和硫酸钡等少量的几种造影剂在其浓度足够的情况下(>lmg/ml)可以用于CT成像，然而为了使CT成为一种有效的分子影像成像技术，人们还需要更高灵敏度的X射线造影剂。X射线发光(X-ray luminescence)成像技术的发展为实现X射线在体分子示踪成像提供了新的可能。当使用X射线照射某些特定的材料(如磷纳米颗粒)时，会发出可以穿透生物组织并被光电探测设备探测到的近红外光信号，即X射线发光(X-rayluminescence)。例如,单个的IOOkeV的X射线光子激发磷纳米颗粒时可以产生约5000个荧光光子，X射线发光的信号强度正比于磷纳米颗粒的浓度。目前，已经研发出多种可用于X射线发光成像的实验材料，以下我们统称为药品。X射线发光成像采用X射线激发待成像物体的药品，利用激发出来的荧光信号进行成像，从而可以获得该特定药品的空间分布信息。c.T.Badea等人在"Investigationson χ-ray luminescence CT for small animal imaging, Physics of MedicalImaging，vol.8313，83130T，2012〃中提出了窄束X射线发光重建方法。该方法采用一个带有2mm的小针孔的铅板和X射线源来产生窄束X射线，采集14个角度的数据分别使用滤波反投影算法和最大似然估计算法经行三维重建。该方法的不足是，X射线源发出的X射线不能充分用来激发待成像物体的药品，采集荧光数据时间长，并且增加了 X射线照射剂量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种联合成像的锥束X射线发光断层成像系统及其方法，充分利用X射线源发射出的X射线，使待成像物体的药品受激发完全，并且利用X射线断层成像技术获取待成像物体的三维结构信息，为荧光数据的三维重建提供先验信息。利用计算机将三维结构信息与荧光数据重建结果进行图像配准，实现待成像物的多模态信息融合，更全面的获得待成像物的生物特征。该系统相比于窄束X射线发光方法，更充分利用了 X射线，缩短照射时间，减少照射剂量，更有利于实际应用。本发明的具体思路是:在现有的X射线断层成像系统上，增加CXD相机，用于采集荧光信号；并把X射线断层成像系统融合进来，获取待成像物的三维解剖结构信息作为荧光分子断层重建的先验信息，利用计算机对两种成像结果进行图像配准实现待成像物的多模态信息融合，提高了荧光信号重建的正确性。为了实现上述目的，本发明的联合成像的锥束X射线发光断层成像系统，包括与透镜耦合的CCD相机、X射线源、X射线探测器、电控旋转台、窄带滤波片；CDD相机和窄带滤波片固定同一方向上，保证待成像物体、CCD相机和窄带滤波片在同一条直线上JfX射线源与X射线探测器放在与CCD相机垂直的方向，并保证X射线源、待成像物体和X射线探测器在同一直线上；利用计算机控制CCD相机、电控旋转台、X射线源和X射线探测器运行；其中:所述(XD相机，用来采集待成像物体的被X射线激发产生的透射式荧光数据；所述X射线源，用来发射X射线，并激发成像物体内部的药品发光,产生荧光信号;所述X射线探测器，用来采集X射线源发出并穿过被测物体的X射线投影数据；所述电控旋转台，用来带动待成像物体进行旋转，实现多角度采集待成像物体的X射线投影数据和透射式荧光数据；所述窄带滤波片，用于过滤除X射线发光信号以外的其他信号；所述计算机，用来控制CXD相机、X射线源与X射线探测器以及电控旋转台运行，接收和处理CCD相机传输的透射式荧光数据，接收和处理X射线投影数据，对X射线投影数据和透射式荧光数据进行三维重建，对重建后的图像进行配准融合，实现待成像物体的多模态信息融合。所述的系统，所述的X射线源是锥束的X射线源，所发出的射线可以覆盖整个待成像物体。所述的系统，所述的窄带滤波片的中心波长和荧光信号的中心波长保持一致。为实现上述目的，本发明基于联合成像的锥束X射线激发荧光断层成像系统的方法，其具体步骤如下:(I)透射式荧光数据采集X射线源发射X射线，激发待成像物体的药品发出荧光信号，CXD相机采集穿透待成像物体的荧光信号形成透射式荧光数据，并传输给计算机；计算机完成某一角度荧光信号采集之后，由电控旋转台带动待成像物体旋转，旋转角度由计算机控制，等到电控旋转台完全静止以后再次对荧光信号进行采集，一直重复到待成像物体旋转360度；( 2 ) X射线投影数据的采集X射线源发射X射线，利用X射线探测器采集穿透待成像物体的X射线，并将采集到的数据传输到计算机中，计算机完成投影数据采集，由电控旋转台带动待成像物体旋转，旋转角度由计算机控制，等到电控旋转台完全静止以后再对投影数据进行采集，一直重复到待成像物体旋转360度；步骤(I)和步骤(2)不分先后顺序；(3)透射式荧光数据的预处理CCD相机将采集到的荧光数据传输到计算机，计算机对步骤(I)所采集到的透射式荧光数据进行噪声去除的预处理；
(4) X射线投影数据处理计算机利用滤波反投影重建算法，对步骤(2)采集的X射线投影数据进行三维重建，获得待成像物体的三维解剖结构信息；(5)表面数据映射计算机利用小孔成像原理，对步骤(3)预处理过的透射式荧光数据映射到步骤
(4)的待成像物体三维解剖结构信息的表面，得到带有荧光信号分布的三维结构信息；( 6 )荧光数据的三维重建将步骤(4)的三维解剖结构信息作为先验信息，用代数重建技术对步骤(5)中得到的带有荧光数据的三维结构信息进行三维重建，得到待成像物体的药品分布图像；
(7)三维重建图像配准融合计算机对步骤(3)和(6)所获得到两种成像模式的三维重建图像采用基于配准点的平移和旋转进行配准融合，获得到融合后的荧光断层图像，实现待成像物体的多模态信息融合。本发明与现有技术相比具有如下优点:第一，本发明采用锥束X射线激发待成像物体的药品，克服了现有X射线激发成像方法中X射线利用率较低的缺点，提高了 X射线的利用率，使待成像物体的药品受激发完全。第二，本发明采用锥束X射线激发待成像物体的药品，克服了现在X射线激发成像方法中X射线照射时间长的缺点，减少了 X射线照射时间和照射剂量，更有利于X射线激发成像的推广和应用。第三，本发明采用荧光断层成像与X射线断层成像两种成像模态的融合，可同时获得待成像物体的三维结构图像与药品分布情况，实现了两种成像模态的信息融合，获得了待成像物体更多的生物特征。
图1为本发明装置的结构示意图；图2为本发明方法的流程图。
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。本发明基于联合成像的锥束X射线发光断层成像系统，包括与透镜耦合的CXD相机1，一个X射线源2，一个X射线探测器3，电控旋转台4，窄带滤波片5，待成像物体6，计算机7。X射线源2发射出X射线,照射待成像物体6。待成像物体6内的药品受到X射线的激发，发出荧光信号。荧光信号穿透待成像物体6，经过窄带滤波片5过滤掉除荧光信号以外的其他信号，CXD相机I接收透射出的荧光信号产生透射式荧光数据。CXD相机I将产生的荧光投影数据传输到计算机7。X射线源2发射X射线，穿透待成像物体6被X射线探测器3探测到，产生的X射线投影数据传输到计算机7。X射线源2、待成像物体6与X射线探测器3要在同一直线上。窄带滤波片5的中心波长要与荧光信号的中心波长保持一致。
下面结合附图2，对本发明的方法做进一步描述。步骤I透射式荧光数据采集X射线源2发射X射线，穿透待成像物体6，激发待成像物体6的药品发光，CXD相机I接收穿透待成像物体6的荧光信号形成透射式荧光数据；计算机7完成某一角度荧光数据采集之后，由电控旋转台4带动待成像物体6旋转，旋转角度由计算机7控制，等到电控旋转台4完全静止以后再对荧光信号进行采集，一直重复到待成像物体6旋转360度；步骤2X射线投影数据采集完成步骤1，计算机7控制X射线源2发射X射线，穿透待成像物体6的X射线经过X射线探测器3检测，计算机7完成投影数据采集，由电控旋转台4带动待成像物体6旋转，旋转角度由计算机7控制，等到电控旋转台4完全静止以后再对投影数据进行采集，一直重复到待成像物体6旋转360度；步骤3透射式荧光数据的预处理CCD相机I将采集到的荧光数据传输到计算机7，计算机7对步骤I所采集到的荧光数据进行噪声去除的预处理， 步骤4X射线投影数据处理计算机7利用滤波反投影重建算法，对步骤2所采集的X射线投影数据进行三维重建，获得待成像物体6的三维解剖结构信息；步骤5表面数据映射计算机7利用小孔成像原理，对步骤3预处理过的透射式荧光数据映射到步骤4的三维解剖结构信息的表面，得到带有荧光数据的三维结构信息；步骤6荧光数据的三维重建将步骤4的三维解剖结构信息作为先验信息，用代数重建技术对步骤5中得到的带有荧光数据的三维结构信息进行三维重建，得到待成像物体6的药品分布图像；步骤7三维重建图像配准融合计算机7对步骤3和步骤6所获得到两种成像模式的三维重建图像采用基于配准点的平移和旋转进行配准融合，获得到融合后的荧光断层图像，实现待成像物体6的多模态信息融合。应当理解的是，对本领域普 通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种联合成像的锥束X射线发光断层成像系统，包括与透镜耦合的CXD相机、X射线源、X射线探测器、电控旋转台、窄带滤波片；CDD相机和窄带滤波片固定同一方向上，保证待成像物体、CCD相机和窄带滤波片在同一条直线上；将X射线源与X射线探测器放在与CCD相机垂直的方向，并保证X射线源、待成像物体和X射线探测器在同一直线上；利用计算机控制CCD相机、电控旋转台、X射线源和X射线探测器运行；其中: 所述CCD相机，用来采集待成像物体的被X射线激发产生的透射式荧光数据； 所述X射线源，用来发射X射线，并激发成像物体内部的药品发光，产生荧光信号； 所述X射线探测器，用来采集X射线源发出并穿过被测物体的X射线投影数据； 所述电控旋转台，用来带动待成像物体进行旋转，实现多角度采集待成像物体的X射线投影数据和透射式荧光数据； 所述窄带滤波片，用于过滤除X射线发光信号以外的其他信号； 所述计算机，用来控制CCD相机、X射线源与X射线探测器以及电控旋转台运行，接收和处理CCD相机传输的透射式荧光数据，接收和处理X射线投影数据，对X射线投影数据和透射式荧光数据进行三维重建，对重建后的图像进行配准融合，实现待成像物体的多模态信息融合。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的X射线源是锥束的X射线源，所发出的射线可以覆盖整个待成像物体。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的窄带滤波片的中心波长和荧光信号的中心波长保持一致。
4.根据权利要求1所述的锥束X射线发光断层成像系统的方法，其特征在于，包括步骤如下: (1)透射式荧光数据采集 X射线源发射X射线，激发待成像物体的药品发出荧光信号，CCD相机采集穿透待成像物体的荧光信号形成透射式荧光数据，并传输给计算机；计算机完成某一角度荧光信号采集之后，由电控旋转台带动待成像物体旋转，旋转角度由计算机控制，等到电控旋转台完全静止以后再次对荧光信号进行采集，一直重复到待成像物体旋转360度； (2)X射线投影数据的采集 X射线源发射X射线，利用X射线探测器采集穿透待成像物体的X射线，并将采集到的数据传输到计算机中，计算机完成投影数据采集，由电控旋转台带动待成像物体旋转，旋转角度由计算机控制，等到电控旋转台完全静止以后再对投影数据进行采集，一直重复到待成像物体旋转360度； 步骤(I)和步骤(2)不分先后顺序； (3)透射式荧光数据的预处理 CCD相机将采集到的荧光数据传输到计算机，计算机对步骤(I)所采集到的透射式荧光数据进行噪声去除的预处理； (4)X射线投影数据处理 计算机利用滤波反投影重建算法，对步骤(2)采集的X射线投影数据进行三维重建，获得待成像物体的三维解剖结构信息； (5)表面数据映射计算机利用小孔成像原理，对步骤(3)预处理过的透射式荧光数据映射到步骤(4)的待成像物体三维解剖结构信息的表面，得到带有荧光信号分布的三维结构信息； (6)荧光数据的三维重建 将步骤(4)的三维解剖结构信息作为先验信息，用代数重建技术对步骤(5)中得到的带有荧光数据的三维结构信息进行三维重建，得到待成像物体的药品分布图像； (7)三维重建图像配准融合 计算机对步骤(3)和(6)所获得到两种成像模式的三维重建图像采用基于配准点的平移和旋转进行配准融合，获得到融合后的荧光断层图像，实现待成像物体的多模态信息融合。
全文摘要
本发明公开了一种联合成像的锥束X射线发光断层成像系统及其方法，包括与透镜耦合的CCD相机、X射线源、X射线探测器、电控旋转台、窄带滤波片；CDD相机和窄带滤波片固定同一方向上，保证待成像物体、CCD相机和窄带滤波片在同一条直线上；将X射线源与X射线探测器放在与CCD相机垂直的方向，并保证X射线源、待成像物体和X射线探测器在同一直线上；利用计算机控制CCD相机、电控旋转台、X射线源和X射线探测器运行；本发明提高了X射线的利用率，使待成像物体的药品受激发完全。减少了X射线照射时间和照射剂量，更有利于X射线激发成像的推广和应用。实现了两种成像模态的信息融合，获得了待成像物体更多的生物特征。
文档编号A61B6/03GK103110425SQ201310077088
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者朱守平, 陈冬梅, 陈多芳, 屈晓超, 黄力宇, 梁继民, 田捷 申请人:西安电子科技大学