采用低维阵列探测的契伦科夫荧光断层成像系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种采用低维阵列探测的契伦科夫荧光断层成像系统及方法，该系统包括：光学探测装置，用于围绕物理成像对象的中心轴线，从四象限各采集一幅物理成像对象的平面光学图像，并存储于数据处理装置；结构成像装置，用于采集物理成像对象的整体计算机断层成像图像，并存储于数据处理装置；以及数据处理装置，用于对存储的四幅平面光学图像和整体CT原始图像进行融合重建，形成CLT图像。本发明专利技术使用低维信号探测单元阵列，结合几何尺度变换和信息传递近似模型，实现物理成像对象内部超高维未知分布矢量的三维图像，缩短了探测器扫描与成像时间，降低了生理与环境因素造成的图像质量退化风险，为严重病态核医学反演成像提供一种快速准确方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种成像系统，特别是一种。
技术介绍
契伦科夫荧光断层成像(CerenkovLuminescence Tomography, CLT)已经成为一种重要的核医学影像模态，其被证明完全等效于正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography, PET)与计算机断层成像(Computed Tomography, CT)的融合，或者是等效于单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT)与计算机断层成像(Computed Tomography, CT)的融合，即 PET/CT、SPECT/CT。2010年，美国加州大学戴维斯分校(University of California，Davis)首次提出CLT概念并使用PET/CT和疾病动物模型在体验证两者间的一致性(Opt. Lett. 2010,35 1109-1111)。西安电子科技大学运用临床SPECT/CT设备验证CLT的成像性能，充分证明了 CLT与SPECT/CT的线性关系(Opt. Express 2010，18 :24441-24450)。中国科学院自动化研究所应用光学/CT成像系统，通过改进前向成像模型，优化了 CLT成像质量(Arm. Biomed. Eng. 2011,39 :1728-1735)。然而，CLT成像仍然存在以下关键技术问题亟待破解有限角度信号采集与图像重建，实现物理成像对象的全空间信息反演表征。这将减少信号探测次数，从物理水平缩短成像时间，有效减小生物体生理与外界环境因素变化造成的图像信息蜕变风险，这对于放射性药物动力学和代谢组学成像至关重要。针对上述关键技术问题，欠定线性系统数值计算方法的发展为高质量CLT成像提供可能途径。在CLT成像反演线性系统空间，已知的探测单元维数远远小于未知变量维数，系数矩阵的特征值图像不再具备非零元素值簇聚在对象线上的特征。几何尺度变换作为一种调和特征值分布图像预处理技术，为非对称线性系统的准确求解起到了加速作用 (Parallel Comput. 2010,36 :495-515)。鉴于压缩感知系统的Lp球形泛涵算子解的最小最大平均误差分析(arXiv :1103. 1943)，近似信息传递(Approximate Message Passing, AMP)方法被证实是欠定空间求解的一种快速准确方法(ISIT，2010IEEE International Symposium on 1528-1532)。综上所述，设计一种快速准确CLT成像方法，即低维阵列探测模式耦合几何尺度变换和近似信息传递处理技术，既可能也必要，符合高端影像设备原始技术创新的需求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种采用低维阵列探测的CLT成像系统与方法。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种采用低维阵列探测的CLT成像系统，包括光学探测装置，用于围绕物理成像对象的中心轴线，从四象限各采集一幅物理成像对象的平面光学图像，并存储于数据处理装置；结构成像装置，用于采集物理成像对象的整体计算机断层成像CT图像，并存储于数据处理装置；以及数据处理装置，用于对存储的四幅平面光学图像和整体CT原始图像进行融合重建，形成契伦科夫荧光断层成像CLT图像并显示。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种采用低维阵列探测的CLT成像方法，包括步骤光学探测装置围绕物理成像对象的中心轴线，从四象限各采集一幅物理成像对象的平面光学图像，存储于数据处理装置；结构成像装置采集物理成像对象的整体CT图像，存储于数据处理装置；数据处理装置对存储的四幅平面光学图像和整体CT原始图像进行融合重建，形成CLT图像。其中，数据处理装置对存储的四幅平面光学图像和整体CT原始图像进行融合重建具体包括如下步骤在整体CT图像基础上，数据处理装置将四幅光学图像包含的能量强度信息影射到物理成像对象的体表，建立低维探测空间B与高维未知源矢量空间S的线性关系AS = B， 其中A为常数矩阵；对常数矩阵A进行几何尺度变换，行向量归一化；以及采用近似信息传递计算出高维未知源矢量空间S的向量值，绘出CLT图像。所述采用近似信息传递计算出高维未知源矢量空间S的向量值，绘出CLT图像，具体包括假设某序列估计值{S°，S1，S2，. . . } e Rn，且S° = 0，t是大于0的整数Zt = B-A S'+G (St)St+1 = F (S、AT Zt ； θ t)，其中，G(x)是迭代更新函数，F(x)为软阈值函数，θ t是设定的阈值列矢量值。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、线性变换泛涵空间是四面体有限单元离散化的微分-积分方程组数值算子，属于非线性变换结果，其特征值分布图像具备非主对角线元素占优现象，通过采用几何尺度变换，加快迭代求解收敛速度；2、探测空间维数远远低于未知源空间，CLT图像重建属于欠定线性问题求解范畴， 在物理意义上系统欠定等效于探测量被施加噪声且增强解空间的病态性；在物理成像对象内部的未知项空间，微量医学同位素散落分布在其中，聚居于极小体积内的早期病灶或者生化异常部位，在数学上等效于稀疏性解空间；采用近似信息传递方法，快速获取欠定线性系统稀疏解并重建绘制CLT图像；3、本专利技术为小分子量(分子式量小于1000)糖类、神经递质、寡核酸以及小分子 RNA片段等研究提供快速准确的在体显像方法，为代谢组学和药效评判研究提供新技术。附图说明图1是依照本专利技术实施例的采用低维阵列探测的CLT成像系统的结构示意图；图2是依照本专利技术实施例的采用低维阵列探测的CLT成像方法的流程图；图3是依照本专利技术实施例的采用低维阵列探测的CLT成像系统的总体组成及四象限光学成像框图；图4是依照本专利技术实施例的采用低维阵列探测的CLT成像方法中CLT图像重建的流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术通过采用探测物理成像对象发射的部分光子，运用信息传递近似方法准确模拟三维反演成像过程，获取物理成像对象的契伦科夫荧光断层图像。本专利技术使用低维信号探测单元阵列，结合几何尺度变换和信息传递近似模型，实现物理成像对象内部超高维未知分布矢量的三维图像，缩短了探测器扫描与成像时间，为严重病态核医学反演成像提供一种快速准确方法。如图1所示，图1是依照本专利技术实施例的采用低维阵列探测的CLT成像系统的结构示意图，该系统包括光学探测装置11、结构成像装置12和数据处理装置13。其中，光学探测装置11用于围绕物理成像对象的中心轴线，从四象限各采集一幅物理成像对象的平面光学图像，并存储于数据处理装置13。结构成像装置12用于采集物理成像对象的整体 CT图像，并存储于数据处理装置13。数据处理装置13用于对存储的四幅平面光学图像和整体CT原始图像进行融合重建，形成CLT图像。基于图1所示的依照本专利技术实施例的采用低维阵列探测的CLT成像系统，图2示出了依照本专利技术实施例的采用低维阵列探测的CLT成像方法，该方法包括以下步骤步骤21 光学探测装置围绕物理成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种采用低维阵列探测的契伦科夫荧光断层成像系统，其特征在于，该系统包括：光学探测装置，用于围绕物理成像对象的中心轴线，从四象限各采集一幅物理成像对象的平面光学图像，并存储于数据处理装置；结构成像装置，用于采集物理成像对象的整体计算机断层成像ＣＴ图像，并存储于数据处理装置；以及数据处理装置，用于对存储的四幅平面光学图像和整体ＣＴ原始图像进行融合重建，形成契伦科夫荧光断层成像ＣＬＴ图像并显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田捷，秦承虎，钟江宏，杨鑫，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11