专利名称：一种基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法
技术领域：
本发明涉及一种光学投影断层成像(Optical Projection Tomography, OPT)技术，尤其涉及一种基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法。
背景技术：
光学投影断层成像技术是利用光线在小尺寸生物体中沿直线传播的特点，利用相机采集多个角度的图像，进行三维成像。目前，OPT分为透射式和激发式，透射式通过光线直接穿过样本，利用样本对光线的吸收特性，获得样本的三维解剖结构像；激发式通过激光照射样本，激发样本上的荧光染料或荧光蛋白发射出波长更长的荧光信号，重建出荧光染料或荧光蛋白在样本上的分布信息，实现分子特异性成像。光学投影断层成像技术可以实现1-10毫米尺寸生物样本的结构和分子特异性功 能成像，具有分辨率高、结构功能一体化、无辐射、成本低等诸多优点，它可以在小尺度对活体生物进行细胞水平的定性和定量研究，实现生物体的实时、无创、动态、在体成像。但是光学投影断层成像技术通常是基于圆轨道扫描，其成像视野为立方体，视野有限，特别是针对大尺寸物体扫描时，其要么采用较小的光路放大倍数，使立方体成像视野完全覆盖整个样本，但空间分辨率差；要么采用较大的光路放大倍数，空间分辨率较高，但是成像视野不能完全覆盖样本，仅能进行样本局部精细成像。目前国际上针对大尺寸物体进行扫描时，尚无法同时实现样本全覆盖和高空间分辨率，这个问题被称为“大尺寸物体”问题。
发明内容
(一 )要解决的技术问题为解决光学投影断层成像圆轨道扫描无法对大尺寸物体精细成像的问题，本发明提供了一种基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法，通过对样本进行多个局部螺旋扫描，实现样本的三维成像，提高光学投影断层成像对大尺寸物体的成像视野、精度和速度。( 二)技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法，包括将同一高度、同一角度、不同探测器位置的投影图拼合成一个水平方向能覆盖所有样本的投影图，进而将多个局部螺旋投影数据拼合为一个整体螺旋投影数据；根据拼合后每幅投影图的轴向位置和扫描角度，计算出整个三维重建体的轴向视野；将三维重建体划分为多个轴向待重建断层，将每个轴向待重建断层对应的投影行进行数据重排，获得轴向待重建断层对应的正弦图；以及利用圆轨道滤波反投影方法将正弦图重建为断层图像，然后将各断层图像依次叠加在一起便得到三维重建体。上述方案中，所述将同一高度、同一角度、不同探测器位置的投影图拼合成一个水平方向能覆盖所有样本的投影图，是利用双线性插值法实现的。上述方案中，所述将多个局部螺旋投影数据拼合为一个整体螺旋投影数据的过程中，像素的灰度值按下式进行计算
权利要求
1.一种基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法，其特征在于，包括 将同一高度、同一角度、不同探测器位置的投影图拼合成一个水平方向能覆盖所有样本的投影图，进而将多个局部螺旋投影数据拼合为一个整体螺旋投影数据； 根据拼合后每幅投影图的轴向位置和扫描角度，计算出整个三维重建体的轴向视野； 将三维重建体划分为多个轴向待重建断层，将每个轴向待重建断层对应的投影行进行数据重排，获得轴向待重建断层对应的正弦图；以及 利用圆轨道滤波反投影方法将正弦图重建为断层图像，然后将各断层图像依次叠加在一起便得到三维重建体。
2.根据权利要求I所述的基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法，其特征在于，所述将同一高度、同一角度、不同探测器位置的投影图拼合成一个水平方向能覆盖所有样本的投影图，是利用双线性插值法实现的。
3.根据权利要求I所述的基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法，其特征在于，所述将多个局部螺旋投影数据拼合为一个整体螺旋投影数据的过程中，像素的灰度值按下式进行计算
4.根据权利要求I所述的基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法，其特征在于，所述根据拼合后每幅投影图的轴向位置和扫描角度，计算出整个三维重建体的轴向视野，首先是利用拼合后第一幅和最后一幅投影图的轴向位置，结合投影图的大小，计算出整个三维重建体的轴向视野。
5.根据权利要求I所述的基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法，其特征在于，所述将三维重建体划分为多个轴向待重建断层，是利用拼合后投影图的轴向位置进行划分的，具体是将断层像素大小和断层厚度都设置为投影图像素的大小，然后计算出重建体的断层数，每个轴向待重建断层对应于多个投影图中的相应投影行。
6.根据权利要求5所述的基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法，其特征在于，所述将每个轴向待重建断层对应的投影行进行数据重排，获得轴向待重建断层对应的正弦图，是将每个轴向待重建断层对应的投影行的数据提取并按角度依次叠加在一起，形成轴向待重建断层对应的正弦图。
7.根据权利要求I所述的基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法，其特征在于，所述利用圆轨道滤波反投影方法将正弦图重建为断层图像，然后将各断层图像依次叠加在一起便得到三维重建体，具体包括沿正弦图的Z轴方向，逐个完成断层正弦图的数据重排，并针对每一个正弦图，利用并行圆轨道滤波反投影重建方法重建出一个断层图像， 然后将各断层图像依次叠加在一起，得到三维重建体。
全文摘要
本发明公开了一种基于拼合螺旋扫描方式的光学投影断层成像方法，包括将同一高度、同一角度、不同探测器位置的投影图拼合成一个水平方向能覆盖所有样本的投影图，进而将多个局部螺旋投影数据拼合为一个整体螺旋投影数据；根据拼合后每幅投影图的轴向位置和扫描角度，计算出整个三维重建体的轴向视野；将三维重建体划分为多个轴向待重建断层，将每个轴向待重建断层对应的投影行进行数据重排，获得轴向待重建断层对应的正弦图；以及利用圆轨道滤波反投影方法将正弦图重建为断层图像，然后将各断层图像依次叠加在一起便得到三维重建体。利用本发明，能够有效的扩展光学投影断层成像的视野，提高成像系统对大尺寸物体的成像能力。
文档编号A61B5/00GK102727188SQ20121026212
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者杨鑫, 田捷, 秦承虎, 董迪, 郭进, 马喜波 申请人:中国科学院自动化研究所