一种CT和X射线激发荧光双模同步断层成像方法与流程

技术特征：

1.一种CT和X射线激发荧光双模同步断层成像方法，其特征在于，该CT和X射线激发荧光双模同步断层成像方法通过减少CT投影角度数并设置CT投影角度数与XLCT相同或成倍数，同时调整单幅投影采集时间，使双模数据同步采集；利用压缩感知原理，对CT投影采用图像总变差最小化的少角度重建算法，对XLCT重建引入提高重建质量的预条件矩阵和小波变换以降低光学重建的病态性；通过基于标记点的刚性配准方法对重建得到的CT和XLCT断层图像进行配准并融合，实现CT和XLCT的同步断层成像；

所述CT和X射线激发荧光双模同步断层成像方法包括以下步骤：

步骤一、设置CT/XLCT同步成像参数：设置CT在360度范围内采集的投影数为M，10≤M≤30；XLCT荧光采集投影数为J，M＝qJ，其中M、J和q均为正整数，并设置单幅投影采集时间r秒，CT投影采集所用平板探测器积分时间为s秒，XLCT投影采集所用CCD相机积分时间为h秒，s<＝r，h<＝r，同时根据成像物体的需求设置X射线源的电压、电流；

步骤二、CT暗场数据和亮场数据采集：在关闭X射线源状态下，利用平板探测器按照s秒积分时间采集暗场数据；打开X射线源，利用平板探测器按照s秒积分时间采集亮场数据；

步骤三、成像物体准备：将成像物体注入荧光探针后置于转台上，固定好；

步骤四、白光数据采集：在关闭X射线源状态下，打开外界光源，在360度范围内均匀采集Q幅成像物体的白光图像并保存；

步骤五、CT/XLCT投影数据同步采集：关闭外界光源，打开X射线源，利用转台控制物体的旋转，在360度范围内均匀采集M幅CT投影数据，同时均匀采集J幅XLCT投影，采集完成后两套数据均保存至计算机，并关闭X射线源的成像设备；

步骤六、CT投影数据预处理并重建：利用亮场、暗场数据及平板探测器自带的坏像素表，对CT投影数据进行亮场校正，暗场校正以及坏像素校正，生成待重建投影，对待重建投影利用图像总变差最小化方法进行少角度重建，得到CT断层图像；

步骤七、XLCT投影数据预处理并重建：对步骤五采集到的XLCT投影数据进行预处理，去除图像中的孤立亮点和坏点，利用步骤四中采集得到的白光数据构建物体轮廓并剖分，将各个角度下的经过预处理之后的XLCT少角度投影进行小波变换，得到变换之后的投影并映射到构建好的轮廓表面，得到表面光强分布矩阵，对系统矩阵和表面光强分布矩阵采用预条件矩阵处理，建立系统矩阵与表面光强分布矩阵之间的联系，采用迭代重建算法得到XLCT荧光断层图像；

步骤八、图像融合：对步骤六和步骤七得到的CT断层图像和XLCT荧光断层图像根据基于标记点的刚性配准方法进行配准并融合，得到融合后的图像。

2.如权利要求1所述的CT和X射线激发荧光双模同步断层成像方法，其特征在于，所述图像总变差最小化的少角度CT重建方法包括以下步骤：

第一步，采用锥束滤波反投影算法得到初始图像u0：对CT待重建的M幅投影采用滤波反投影算法重建，将重建后图像u0作为初始图像；

第二步，令k＝0，k为迭代次数(k＝0,1,2…K-1)，将u0作为迭代初始图像u⁽⁰⁾，采用代数迭代法(algebraic reconstruction technique，ART)更新图像：

其中，k为迭代次数(k＝0,1,2…K)，即为第k+1次迭代后更新的图像，为更新前图像，j代表图像角标，pi为第i个探测器单元的投影值，min代表图像中第n个像素值对探测器单元i的贡献大小，λ为松弛因子，取值范围0～2之间；

第三步，对得到的图像进行非负值约束:对上步中所有小于0的值赋值为零，即如果则令

第四步，根据梯度下降法对u^(k+1)求图像总变差最小化后的图像：

其中l为梯度下降法的迭代次数(l＝0,1…L-1)，a为步长因子；

第五步，令k＝k+1，u^(k)＝u^(k,L+1)，重复步第二步-第四步，直到满足迭代次数要求。

3.如权利要求1所述的CT和X射线激发荧光双模同步断层成像方法，其特征在于，XLCT少角度重建方法包括以下步骤：

第一步，对所有XLCT投影数据进行预处理，采用自适应中值滤波方法去除数据中的孤立亮点和坏点；

第二步，利用CCD拍摄得到的一组白光图像反投影重建出成像物体的三维表面，并导入COMSOL中进行网格剖分；

第三步，将预处理之后的数据映射到剖分之后的三维表面，得到物体表面光强分布矩阵Φ；

第四步，利用有限元方法针对剖分后的网格建立光学扩散方程的系统矩阵W，利用小波变换方法对采集到的XLCT投影进行变换，得到变换后的表面光强分布矩阵Φ，建立表面光强分布矩阵Φ和系统矩阵W之间的关系：

Φ＝Wρ；

对上式两边同时采用预条件矩阵处理：

其中预条件矩阵为：

其中I为X射线强度分布，Λ,U^T为W的奇异值分解结果，γ为正则化参数，利用迭代重建恢复出纳米荧光探针的分布ρ。