基于结构成像与功能成像的多模态成像系统及其成像方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于结构成像与功能成像的多模态成像系统及其成像方法。该基于结构成像与功能成像的多模态成像系统包括：CT成像装置、偶数个PET成像装置、光声成像装置、旋转装置及控制装置，所述旋转装置形成用于放置待成像生物样品的容纳空间，所述旋转装置相对于所述待成像生物样品可转动，所述CT成像装置、偶数个所述PET成像装置以及所述光声成像装置围绕所述容纳空间且间隔地设置在所述旋转装置上，并分别与所述控制装置电连接，其中，偶数个所述PET成像装置相对于所述待成像生物样品对称设置。该多模态成像系统解决了现有技术中无法将多个单模态成像技术在时间和空间上组合起来形成优势互补的医疗成像技术的问题。
【专利说明】
基于结构成像与功能成像的多模态成像系统及其成像方法
技术领域
[0001]本发明涉及医学成像技术领域，具体地，涉及一种基于结构成像与功能成像的多模态成像系统及其成像方法。
【背景技术】
[0002]传统单模态成像所获取的信息存在一定的局限性，无法完全反映生物体的复杂特异性。虽然单模态的CT成像装置密度分辨率较高，能够提供解剖结构信息，但是不能很好地对软组织进行成像;单模态的MRI成像装置有较好的软组织分辨能力，能够提供生理生化信息，但是对骨质结构的显示相对较差;单模态的核素成像装置具有较高的特异性，能够提供功能代谢信息，但是该装置的造价昂贵，且灵敏度和分辨率较低;单模态的PET成像装置和SPECT成像装置不受探测深度的限制、成像灵敏度高、而且易于定量，但空间分辨率较低;单模光学成像装置灵敏度高、无放射性、特异性好且费用低廉，能够提供细胞分子水平的生理病理信息，但空间分辨率较低、成像深度受限。因此，可以看出多种成像技术各有优缺点，单一成像模态不能提供全面准确的信息。
[0003]不同的成像模态之间有很大的互补性。例如，核医学分子影像的正电子发射断层成像(PET)/单光子发射断层成像(SPECT)得到的图像缺少高分辨率的三维解剖结构信息，需要依靠计算机断层成像(CT)获取的结构图像才能进一步准确地为预临床和临床研究提供完整的生物体生理或病理信息;对于在体光学分子影像来说，如果缺少CT获取的高分辨率三维解剖结构信息，那么就不能准确表征生物体内部光源区域的分布和强度信息。
[0004]但是，现有技术中仍无法将CT成像技术、PET成像技术和光声成像技术在时间和空间上组合起来形成优势互补的医疗成像技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于结构成像与功能成像的多模态成像系统及其成像方法，旨在解决现有技术中无法将多个单模态成像技术在时间和空间上组合起来形成优势互补的医疗成像技术的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是:提供一种多模态成像，包括:CT成像装置、偶数个PET成像装置、光声成像装置、旋转装置及控制装置，所述旋转装置形成用于放置待成像生物样品的容纳空间，所述旋转装置相对于所述待成像生物样品可转动，所述CT成像装置、偶数个所述PET成像装置以及所述光声成像装置围绕所述容纳空间且间隔地设置在所述旋转装置上，所述CT成像装置、偶数个所述PET成像装置以及所述光声成像装置分别与所述控制装置电连接，其中，偶数个所述PET成像装置相对于所述待成像生物样品对称设置。
[0007]可选地，所述CT成像装置包括CT球管和CT探测器，所述CT球管和所述CT探测器均安装在所述旋转装置上，且所述CT球管和所述CT探测器相对于所述待成像生物样品对称设置，其中，所述CT探测器与所述控制装置电连接。
[0008]可选地，所述光声成像装置包括超声换能器和激光器，所述超声换能器安装在所述旋转装置上，所述激光器相对于所述待成像生物样品固定设置，其中，所述超声换能器与所述控制器电连接。
[0009]可选地，所述待成像生物样品与所述激光器之间的连线为水平轴线，所述旋转装置相对于所述待成像生物样品在垂直于所述水平轴线的竖直平面内转动。
[0010]可选地，所述待成像生物样品与所述激光器之间的连线为竖直轴线，所述旋转装置相对于所述待成像生物样品在垂直于所述竖直轴线的水平平面内转动。
[0011 ]可选地，所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统还包括待成像生物样品承载座，该待成像生物样品承载座在所述待成像生物样品与所述激光器之间的连线的方向可移动地设置，且在进行成像操作过程中位于所述容纳空间内。
[0012]可选地，所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统还包括防辐射屏蔽罩，所述旋转装置安装在所述防辐射屏蔽罩内，所述控制装置位于所述防辐射屏蔽罩外。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了一种基于结构成像与功能成像的多模态成像方法，该多模态成像方法采用前述的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统进行成像操作，所述多模态成像方法包括以下操作步骤:
[0014]步骤S10:将放置待成像生物样品放置于所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的旋转装置所形成的容纳空间内；
[0015]步骤S20:先开启所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的PET成像装置采集所述待成像生物样品的PET扫描数据，然后开启所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的CT成像装置及光声成像装置，并开启所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的旋转装置使所述CT成像装置及光声成像装置围绕所述待成像生物样品转动，以采集所述待成像生物样品的CT扫描数据和光声扫描数据；
[0016]步骤S30:所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的控制装置根据所述PET扫描数据、所述CT扫描数据和所述光声扫描数据进行分析并重建所述待成像生物样品的三维多模态图像。
[0017]可选地，在所述步骤S20的成像操作过程中，先移动所述PET成像装置靠近所述待成像生物样品以采集所述待成像生物样品的PET扫描数据，在采集完成所述PET扫描数据后移动所述PET成像装置复位，其中，所述PET成像装置可沿所述旋转装置的径向方向移动。
[0018]可选地，在所述步骤S20的成像操作过程中，所述PET成像装置围绕所述待成像生物样品构成封闭区域，以采集所述待成像生物样品的全角度的PET扫描数据;或者，所述PET成像装置围绕所述待成像生物样品构成预定角度的封闭区域，以采集所述待成像生物样品的限制角度的PET扫描数据。
[0019]本发明中，通过CT成像装置、PET成像装置及光声成像装置在旋转装置上在同一时间、同一空间位置对待成像生物样品进行各自的成像数据信息进行采集，然后统一地在控制装置中进行分析处理后重建待成像生物样品的三维多模态图像。因此，该基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的应用，能够解决现有技术中无法将多个单模态成像技术在时间和空间上组合起来形成优势互补的医疗成像技术的问题。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的实施例的主视结构示意图；
[0021]图2是图1的右视结构示意图。
[0022]在附图中:
[0023]11、CT球管；12、CT探测器;20、PET成像装置；
[0024]41、超声换能器;42、激光器;50、旋转装置；
[0025]60、待成像生物样品。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者间接连接至该另一个元件上。
[0028]还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
[0029]如图1和图2所示，本实施例的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统包括CT成像装置、偶数个PET成像装置20、光声成像装置、旋转装置50及控制装置。该基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的旋转装置50形成用于放置待成像生物样品60的容纳空间，旋转装置50相对于待成像生物样品60可转动，CT成像装置、偶数个PET成像装置20以及光声成像装置围绕容纳空间且间隔地设置在旋转装置50上，CT成像装置、偶数个PET成像装置20以及光声成像装置分别与控制装置电连接，其中，偶数个PET成像装置20相对于待成像生物样品60对称设置。
[0030]通过CT成像装置、PET成像装置20及光声成像装置在旋转装置50上在同一时间、同一空间位置对待成像生物样品60进行各自的成像数据信息进行采集，然后统一地在控制装置中进行分析处理后重建待成像生物样品60的三维多模态图像。因此，该基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的应用，能够解决现有技术中无法将多个单模态成像技术在时间和空间上组合起来形成优势互补的医疗成像技术的问题，实现了从单纯的组织器官形态学成像向功能和分子影像的发展。
[0031]在本实施例中，CT成像装置包括CT球管11和CT探测器12，CT球管11用于产生X射线，通过X射线来对待成像生物样品60进行照射，CT探测器12用于收集经过待成像生物样品60后的X射线信号。CT球管11和CT探测器12均安装在旋转装置上，且CT球管11和CT探测器12相对于待成像生物样品60对称设置，从而使X射线在照射待成像生物样品60之后就能马上被CT探测器12所接收而进行数据信息收集，而无需将X射线进行转换后再到达CT探测器12而导致X射线能量的减弱。其中，CT探测器12与控制装置电连接，CT探测器12将采集到的X射线信号传送至控制装置进行数据信息的分析处理。
[0032]如图2所示，本实施例的光声成像装置包括超声换能器41和激光器42。激光器42用来发出短脉冲激光对待成像生物样品60进行照射，从而产生相应的超声波数据信息;超声换能器用于采集短脉冲激光与待成像生物样品60作用所发出的超声波，从而将超声波转换为能量信息作为光声成像的数据信息。超声换能器41安装在旋转装置50上，激光器42相对于待成像生物样品60固定设置，其中，超声换能器41与控制器电连接。
[0033]具体地，本实施例的待成像生物样品60与激光器42之间的连线为水平轴线，旋转装置50相对于待成像生物样品60在垂直于水平轴线的竖直平面内转动，即旋转装置50在竖直面内围绕待成像生物样品60以逆时针方向旋转。如图2所示，以激光器42为原点建立空间直角坐标系xyz，坐标系X轴为水平轴，坐标系y轴为竖直轴，且坐标系z轴即为待成像生物样品60与激光器42之间的连线为水平轴线，旋转装置50旋转的竖直平面平行于X轴y轴确定的平面，旋转装置50绕z轴转动。
[0034]在本实施例中，为了更加方便、稳定地放置待成像生物样品60，因此基于结构成像与功能成像的多模态成像系统还包括待成像生物样品承载座，该待成像生物样品承载座在待成像生物样品60与激光器42之间的连线的方向可移动地设置，在放置待成像生物样品60之前，待成像生物样品承载座从容纳空间内沿z轴方向移动出来，当放置完成待成像生物样品60之后，待成像生物样品承载座连同待成像生物样品60—起沿z轴方向移动入容纳空间内，且在进行成像操作过程中一直位于容纳空间内。
[0035]优选地，由于在对该基于结构成像与功能成像的多模态成像系统进行操作采集信息的过程，一些放射性射线会对工作人员的人身安全产生损害，因此，基于结构成像与功能成像的多模态成像系统还包括防辐射屏蔽罩，该防辐射屏蔽罩是水平设置的，旋转装置50安装在防辐射屏蔽罩内，控制装置位于防辐射屏蔽罩外，从而保护工作人员不受放射性射线的辐射损害，确保工作人员的人身健康。
[0036]在另一可行的实施方式中，与上述实施例相比较，具有以下不同之处。待成像生物样品60与激光器42之间的连线为竖直轴线，旋转装置50相对于待成像生物样品60在垂直于竖直轴线的水平平面内转动。此时，空间直角坐标系xyz的z轴为竖直轴，X轴y轴共同确定一水平面，旋转装置50逆时针转动的平面与1轴7轴确定的水平面平行，待成像生物样品承载座为沿z轴竖直设置并z轴方向上下地移动。除上述不同之外，其余结构均相同，在此不再赘述
[0037]根据本发明的另一方面，提供了一种多模态成像方法。该多模态成像方法采用前述的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统进行成像操作，多模态成像方法包括以下操作步骤:
[0038]步骤S10:将放置待成像生物样品60放置于基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的旋转装置50所形成的容纳空间内，当需要成像的对象是疾病患者时，患者可以平躺或站立在待成像生物样品承载座上，然后待成像生物样品承载座连同患者一起移动如容纳空间内；
[0039]步骤S20:先开启基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的PET成像装置20采集待成像生物样品60的PET扫描数据，然后开启基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的CT成像装置及光声成像装置，并开启基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的旋转装置50使CT成像装置及光声成像装置围绕待成像生物样品60转动，以采集待成像生物样品60的CT扫描数据和光声扫描数据；
[0040]步骤S30:基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的控制装置根据PET扫描数据、CT扫描数据和光声扫描数据进行分析并重建待成像生物样品的三维多模态图像[0041 ]其中，本方法的步骤S20的成像操作过程中，先移动PET成像装置20靠近待成像生物样品60以采集待成像生物样品60的PET扫描数据，在采集完成PET扫描数据后移动PET成像装置20复位，其中，PET成像装置20可沿旋转装置50的径向方向移动。
[0042]此外，在步骤S20的成像操作过程中，PET成像装置50围绕待成像生物样品60构成封闭区域，以采集待成像生物样品60的全角度的PET扫描数据;或者，PET成像装置50围绕待成像生物样品60构成预定角度的封闭区域，以采集待成像生物样品的限制角度的PET扫描数据。
[0043]在本发明中，偶数个PET成像装置20优选为四个。
[0044]以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于结构成像与功能成像的多模态成像系统，其特征在于，包括:CT成像装置、偶数个PET成像装置、光声成像装置、旋转装置及控制装置，所述旋转装置形成用于放置待成像生物样品的容纳空间，所述旋转装置相对于所述待成像生物样品可转动，所述CT成像装置、偶数个所述PET成像装置以及所述光声成像装置围绕所述容纳空间且间隔地设置在所述旋转装置上，所述CT成像装置、偶数个所述PET成像装置以及所述光声成像装置分别与所述控制装置电连接，其中，偶数个所述PET成像装置相对于所述待成像生物样品对称设置。2.如权利要求1所述的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统，其特征在于，所述CT成像装置包括CT球管和CT探测器，所述CT球管和所述CT探测器均安装在所述旋转装置上，且所述CT球管和所述CT探测器相对于所述待成像生物样品对称设置，其中，所述CT探测器与所述控制装置电连接。3.如权利要求1所述的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统，其特征在于，所述光声成像装置包括超声换能器和激光器，所述超声换能器安装在所述旋转装置上，所述激光器相对于所述待成像生物样品固定设置，其中，所述超声换能器与所述控制器电连接。4.如权利要求3所述的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统，其特征在于，所述待成像生物样品与所述激光器之间的连线为水平轴线，所述旋转装置相对于所述待成像生物样品在垂直于所述水平轴线的竖直平面内转动。5.如权利要求3所述的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统，其特征在于，所述待成像生物样品与所述激光器之间的连线为竖直轴线，所述旋转装置相对于所述待成像生物样品在垂直于所述竖直轴线的水平平面内转动。6.如权利要求4或5所述的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统，其特征在于，所述多模态成像系统还包括待成像生物样品承载座，该待成像生物样品承载座在所述待成像生物样品与所述激光器之间的连线的方向可移动地设置，且在进行成像操作过程中位于所述容纳空间内。7.如权利要求6所述的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统，其特征在于，所述多模态成像系统还包括防辐射屏蔽罩，所述旋转装置安装在所述防辐射屏蔽罩内，所述控制装置位于所述防辐射屏蔽罩外。8.—种基于结构成像与功能成像的多模态成像方法，其特征在于，该多模态成像方法采用权利要求1至7中任一项所述的基于结构成像与功能成像的多模态成像系统进行成像操作，所述多模态成像方法包括以下操作步骤: 步骤SlO:将放置待成像生物样品放置于所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的旋转装置所形成的容纳空间内； 步骤S20:先开启所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的PET成像装置采集所述待成像生物样品的PET扫描数据，然后开启所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的CT成像装置及光声成像装置，并开启所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的旋转装置使所述CT成像装置及光声成像装置围绕所述待成像生物样品转动，以采集所述待成像生物样品的CT扫描数据和光声扫描数据； 步骤S30:所述基于结构成像与功能成像的多模态成像系统的控制装置根据所述PET扫描数据、所述CT扫描数据和所述光声扫描数据进行分析并重建所述待成像生物样品的三维多模态图像。9.如权利要求8所述的多模态成像方法，其特征在于，在所述步骤S20的成像操作过程中，先移动所述PET成像装置靠近所述待成像生物样品以采集所述待成像生物样品的PET扫描数据，在采集完成所述PET扫描数据后移动所述PET成像装置复位，其中，所述PET成像装置可沿所述旋转装置的径向方向移动。10.如权利要求8所述的多模态成像方法，其特征在于，在所述步骤S20的成像操作过程中， 所述PET成像装置围绕所述待成像生物样品构成封闭区域，以采集所述待成像生物样品的全角度的PET扫描数据； 或者，所述PET成像装置围绕所述待成像生物样品构成预定角度的封闭区域，以采集所述待成像生物样品的限制角度的PET扫描数据。
【文档编号】A61B6/10GK105919558SQ201610349251
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】胡战利, 杨永峰, 梁栋, 郑海荣
【申请人】深圳先进技术研究院