一种广视角光学分子断层成像导航系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种广视角光学分子断层成像导航系统，其特征在于，包括：系统支撑模块(101)，用于对系统中使用到的设备提供支撑作用；同步触发模块(201)，用于同步触发光学信号采集模块中CCD相机采集光学图像和滤光片转盘的转动；光学信号探测模块(401)，用于探测成像区域中的光学信号；数据处理模块(501)，用于对该系统进行参数设置和对所述光学图像数据进行处理与显示。该系统及方法有效解决了广视角光学分子断层成像导航技术为生物医学应用实验提供导航的方法。该系统结构合理、实用，可广泛用于光学分子影像实验的研究与药物的研发，具有广阔的发展前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学分子影像
，尤其涉及一种广视角光学分子断层成像导航系统和方法。
技术介绍
分子影像是21世纪最耀眼的科学与技术之一，它是指无损伤地在分子水平上探测生物体内分子，并给出体内分子分布信息的医学影像技术。并被实践证明是一种能够在体可视化分子、基因、细胞水平生物体生理病理变化的影像工具。作为其中一种重要的分子影像成像模态，光学分子影像凭借自身低成本、高通量、非侵入、非接触、非电离辐射、灵敏度高、特异性强等优势已经应用到了肿瘤的早期检测、药物的研发等领域。光学分子影像技术相比于传统的影像技术，具有如下的优势：其一，光学分子影像技术可将基因表达、生物信号传递等复杂的过程变成直观的图像，使人们能更好地在分子水平上了解疾病的发生、发展机制及过程；其二，能够发现疾病早期的分子变异及病理改变过程；其三，可在活体上连续观察药物或基因治疗的机理和效果。通常，探测生物组织分子的方法分离体探测方法和在体探测方法两种，光学分子影像技术作为一种在体探测方法，其优势在于可以快速、远距离、无损伤地获得生物组织分子的图像。它可以揭示病变的早期分子生物学特征，从而为疾病的早期诊断和治疗提供可能，也为临床诊断引入了新的概念。光学分子断层成像技术是一种光学分子影像技术，该技术利用光在生物组织中的传播原理建立数学模型，并反向求解，得到光在生物组织中的三维断层分布信息，为研究生物组织的生理病理现象提供了很好的技术支持。激发荧光断层成像技术是一种光学分子断层成像技术，它的原理可以描述为：首先向生物体内注射荧光分子探针，荧光分子探针在生物体内代谢会汇聚到病变组织处，然后通过生物体外的激发光源，照射生物体内的荧光探针基团，使其达到高能量状态，荧光基团吸收光能使得电子跃迁到了激发态，电子从激发态回到基态的过程中会释放出荧光，该荧光较激发光向红端移动，即发射的荧光的波长比激发荧光的波长要长，荧光在组织体内传播并有一部分达到体表，从体表发出的荧光被高灵敏度的探测器接收到，从而形成荧光图像。通常，荧光基团产生的荧光经过生物体内组织的吸收、散射后，到达表面的时候强度已经较弱，这时候，就需要利用高灵敏度的CCD相机捕获到达表面的荧光光子，然后通过计算机处理捕获的信号并进行成像。广视角光学分子断层成像导航技术一方面通过多光谱光学信号采集装置中的荧光CCD相机捕获从生物体表发出的荧光信息，获得荧光图像，再利用多光谱光学信号采集装置中的白光CCD相机捕获从生物组织表面发出的可见光信息，获得白光图像，并利用光在生物组织中的光学参数和传播原理，重建出成像目标生物体的三维解剖结构信息，并重建出生物组织中发光的荧光探针的具体位置和体积大小，这样，就重建除了生物组织中病变组织的大小和具体位置，为分析生物组织的生理病理现象提供了依据。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术根据光学分子影像技术的特点，并基于长期在光学分子影像
的研究经验，提供了一种广视角光学分子断层成像导航系统及方法，采用系统支撑模块、同步触发模块、光学信号探测模块和数据处理模块等功能模块来实现广视角光学分子断层成像及导航的功能。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种广视角光学分子断层成像导航系统，该系统包括：系统支撑模块101，用于对系统中使用到的设备提供支撑作用；同步触发模块201，用于同步触发光学信号采集模块中CCD相机采集光学图像和滤光片转盘的转动；光学信号探测模块401，用于探测成像区域中的光学信号；数据处理模块501，用于对该系统进行参数设置和对所述光学图像数据进行处理与显示。为了实现所述目的，根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种基于广视角光学分子断层成像导航方法，该方法包含以下步骤：步骤701：通过系统支撑模块将系统支架和光学平台支架调整到合适的高度；打开光学信号探测模块中的荧光采集装置和白光采集装置，同时打开荧光光源和白光光源对成像区域进行照射；步骤702：打开同步触发装置中的同步触发装置；打开数据处理模块中的软件控制模块，在软件控制模块中设置同步触发装置的同步触发频率，同时设置荧光采集装置和白光采集装置的参数，设置荧光光源和白光光源的参数，使光学信号探测模块对成像区域进行数据采集；打开图像处理模块、图像显示模块；步骤703：根据软件控制模块设置的同步触发频率，同步触发装置同步触发荧光光源、白光光源对成像区域进行度广视角照射，同时同步触发荧光采集装置和白光采集装置对成像区域进行广视角数据采集；荧光光源和白光光源同步地对成像区域进行180度广视角照射，而荧光采集装置和白光采集装置由多组分开的设备构成，对成像区域进行广视角数据采集；步骤704：荧光采集装置和白光采集装置将采集到的光信号通过数据线传输到数据处理模块，数据处理模块中的图像处理模块处理传输过来的光信号数据，对荧光采集装置和白光采集装置中传输过来的光信号按成像角度和时间序列进行分组，将光信号转换为数字图像，得到一系列荧光图像和白光图像，并且对荧光图像作特征提取、特征增强得到增强特定光谱信号的荧光图像，然后对增强的荧光图像进行伪彩色处理得到伪彩色荧光图像；所述图形处理模块对白光图像进行亮度调整、特征提取；将处理后的荧光图像和白光图像做融合处理，得到融合的荧光图像和白光图像；步骤705：根据处理后的二维白光图像序列和相应的角度信息和光谱信息，重建出成像目标体的表面的三维结构信息，得到成像目标体的表面结构；并根据荧光光谱和白光光谱的光学特性和参数，重建出成像目标的内部的光学参数信息；根据激发荧光断层成像重建的技术原理，对成像目标体进行内部发光荧光光源的三维重建，重建出成像目标内部发光荧光光源在三维结构结构信息中的物理位置和荧光强度，并显示在图像显示模块上，以提供内部光源的三维导航信息。(三)有益效果根据以上方案可以看出，本专利技术具有如下有益效果：1.利用本专利技术，可以使用多台多光谱信号采集装置601和光源装置602，获取成像区域301中的多光谱信号，并利用数据处理模块501对采集到的广视角多光谱信号进行三维重建和显示，提供导航信息，有效解决了广视角光学分子断层成像导航问题。因此，系统功能齐全，而设备使用便捷。2.利用本专利技术，通过数据处理模块501中的软件控制模块502能够便捷地控制光学信号探测模块401和同步触发模块201，使光学信号探测模...

【技术保护点】
一种广视角光学分子断层成像导航系统，其特征在于，包括：系统支撑模块(101)，用于对系统中使用到的设备提供支撑作用；同步触发模块(201)，用于同步触发光学信号采集模块中CCD相机采集光学图像和滤光片转盘的转动；光学信号探测模块(401)，用于探测成像区域中的光学信号；数据处理模块(501)，用于对该系统进行参数设置和对所述光学图像数据进行处理与显示。

【技术特征摘要】
1.一种广视角光学分子断层成像导航系统，其特征在于，包括：
系统支撑模块(101)，用于对系统中使用到的设备提供支撑作用；
同步触发模块(201)，用于同步触发光学信号采集模块中CCD相机
采集光学图像和滤光片转盘的转动；
光学信号探测模块(401)，用于探测成像区域中的光学信号；
数据处理模块(501)，用于对该系统进行参数设置和对所述光学图像
数据进行处理与显示。
2.根据权利要求1所述的一种广视角光学分子断层成像导航系统，
其特征在于，所述的系统支撑模块(101)包括系统支架(102)、数据处
理模块支架(103)、同步触发装置支架(104)、图像显示模块支架(105)、
光学平台支架(106)；其中：
系统支架(102)，用于支撑数据处理模块支架(103)、同步触发装置
支架(104)、图像显示模块支架(105)、和光学平台支架(106)，所述系
统支架(102)能够移动，且纵向能够调节；数据处理模块支架(103)用
于支撑数据处理模块(501)；同步触发装置支架(104)用于支撑同步触
发模块(202)；图像显示模块支架(105)用于支撑数据处理模块(501)
中的图像显示模块(504)；光学平台支架(106)用于支撑光学信号探测
模块(401)。
3.根据权利要求2所述的一种广视角光学分子断层成像导航系统，
其特征在于：
所述数据处理模块(501)包括：软件控制模块(502)、图像处理模
块(503)和图像显示模块(504)；
所述同步触发模块(201)包括同步触发装置202；
所述数据处理模块支架(103)，用于支撑数据处理模块(501)中的
软件控制模块(502)和图像处理模块(503)，所述软件控制模块(502)
和图像处理模块(503)中的设备并排放入数据处理模块支架上；
所述同步触发装置支架(104)，用于支撑同步触发模块(201)中的
同步触发装置(202)，所述同步触发装置(202)放置在同步触发装置支
架(104)的前端；
所述图像显示模块(504)放置在图像显示模块支架(105)的前端；
所述光学探测模块(401)挂接在在光学平台支架(106)上。
4.根据权利要求1所述的一种广视角光学分子断层成像导航系统，
其特征在于，所述同步触发装置(202)侧旁具有一个信号输入接口，通
过数据线与数据处理模块(501)的软件控制模块(502)相连，接收软件
控制模块(502)的输入信号；同时，其侧旁还有信号输出接口，分别通
过数据线与光学信号探测模块(401)相连，向光学信号探测模块(401)
输出同步触发信号。
5.根据权利要求1所述的一种广视角光学分子断层成像导航系统，
其特征在于，所述光学信号探测模块(401)包括荧光光源(402)，白光
光源(403)，荧光采集装置(404)、白光采集装置(405)、多个滤光片(406)
和多个光学镜头(407)。
6.根据权利要求5所述的一种广视角光学分子断层成像导航系统，
其特征在于，所述荧光光源(402)用于提供荧光信号，荧光光源内部前
方耦合有第一滤光片(406)，荧光光源(402)提供的激发荧光通过该第
一滤光片(406)后照射到成像区域(301)
所述白光光源(403)用于提供可见光信号，白光光源(403)内部前
方耦合有第二滤光片(406)，白光光源(403)提供的可见光信号通过该
第二滤光片(406)后照射到成像区域(301)；
所述白光光源(403)和荧光光源(402)包括多个，均匀分布在光学
平台支架106上，用于对成像区域(301)进行广视角照射。
7.根据权利要求5所述的一种广视角光学分子断层成像导航系统，
其特征在于，荧光采集装置(404)用于采集成像区域(301)中的荧光信
号，荧光采集装置(404)内部前方具有第二滤光片(406)和第一光学镜
头(407)；白光采集装置(405)用于采集成像区域(301)中的白光信号，
白光采集装置(405)内部前方具有第二滤光片(406)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：田捷，叶津佐，迟崇巍，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：北京;11