一种自发荧光成像方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种自发荧光成像方法及系统，该方法包括以下步骤：从不同角度获取成像目标物体表面的光信号；分别修正从不同角度获取的所述光信号，获得光修正数据；存储所述数据获取单元获取的所述光信号的数据、所述预处理单元修正后的光修正数据；根据所述光修正数据成像所述自发荧光的像。本发明专利技术综合了当前主流的多角度非接触式测量技术和有限元成像方法，发展了后验的边界信号修正策略，有利于提高光源成像的精度和稳定性，并且本发明专利技术对自发荧光断层成像的发展具有重要的意义和应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于光学分子影像成像
，尤其是有关于模态-自发荧 光成像技术，具体地讲是一种自发荧光成像方法及系统。
技术介绍
目前，作为一种典型的光学分子影像的成像模态，自发荧光成像技术已 经得到了迅速的发展和广泛的应用。该技术是利用荧光素酶标记成像目标，在ATP及氧气的环境下，当荧 光素酶遇到底物荧光素时，荧光素酶就会催化荧光素反应而产生光子。这些 光子经过一系列散射和吸收后，大部分光子到达成像目标物体的表面，能够 通过高性能的低温CCD相机这种非接触式的测量方式探测得到。该技术用于优化药物(尤其是恶性肿瘤、癌症药物)的研究中，以及为 在分子水平上评估疾病的发展和治疗疾病提供了有效的工具。自发荧光断层 成像系统的出现和发展，使研究人员能够在三维下观测所感兴趣目标的变 化，相对于只能得到二维的平面图像技术有了很大的突破。当前的自发荧光断层成像研究中，通过对成像目标物体表面多角度非接 触式的探测，可以获得更多的不同角度的表面被测信息。这些多角度的被测 信息对在三维下定量进行物体内部自发荧光光源成像有着重要的作用。美国专禾lJ(WO/2004/081865) G. Wang, E. A. Hoffman, and G. McLennan, "Systems and methods for bioluminescent computed tomographic reconstruction," Patent disclosure filled, July 2002; US provisional patent application filled, March 2003; US patent application filed, March 2004采用转台装置从多角度获得目标物体表面的被测信息。其具体方式是，将目标物体 放在一个可以水平旋转的转台上，用高性能的低温CCD相机在对目标物体 表面的一个方向成像后，将转台顺时针(或逆时针)转动90° ，再次成像，直到获得目标物体表面360。的光信号。然而，这种方式没有考虑在探测目 标物体表面信号的过程中，物体内部的自发荧光光源随时间变化的问题，因 此造成最终结果有较大的误差。当前的自发荧光断层成像研究中，为获得目标物体表面多角度的测量信 息，还有一种采用四面镜的方式。参看G.Wang， D. Kumar, H. Shen, X. Qian， andW. Cong, "The Optical molecular tomography systems and methods for simultaneous acquisition of multi-view and multi-spectral data," Patent disclosure filed with University of Iowa Research Foundation, May 2006.其具体方式是，在一个竖直的平板上按一定角度倾斜固定四个平面镜，将目标物体放置在垂 直于平板并位于四面镜中心的圆柱形固定器内，这种方式可以同时从四个角 度获得目标物体的表面信号。再转动固定器45。，则获得另外四个角度的表 面信号。但是，这种方法同样没有考虑在探测目标物体表面信号的过程中， 物体内部的自发荧光光源随时间变化的问题，因此其最终的结果还是会造成 较大的误差。当前的自发荧光断层成像研究中，通常假设在成像过程中，物体内部的 自发荧光光源是恒定不变的。然而，在实际中，它是随时间变化的，呈现为 一种类指数形式的衰减变化。另外，为了提高探测时的信号噪声比，适当的增加曝光时间也是非常必 要的。因此，在多角度顺序测量的过程中，光源随时间变化会导致不同角度 的边界测量信息是不一致的。使用这种不一致的边界信息对自发荧光光源进 行成像会带来严重的误差，是有待被解决的问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述现有技术当中的问题而提出，其目的在于，提供一种 自发荧光成像方法及系统，以使在充分曝光的情况下获得较准确的边界信息 以提高最终成像的精度。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种自发荧光成像方法，该方法包括以下步骤从不同角度获取成像目标物体表面的光信号；分别修正从不同角 度获取的所述光信号，获得光修正数据；存储所述数据获取单元获取的所述 光信号的数据、所述预处理单元修正后的光修正数据；根据所述光修正数据 成像所述自发荧光的像。S201:从不同角度获取成像目标物体表面的光信号；S202:生成目标物体表面的光信号分布；S203:根据在相邻单角度测量表面的重叠域上的相邻两次测量得到的光 信号能量比得到修正函数；S204:以第一次单角度测量得到的光信号分布为标准，用所述修正函数 修正后续的单角度测量边界信号能量；具体修正函数为广= 2..$如修正方式为(D，其中Z^(X,A)/ZO附一(X，;i)(附>2)上述中^一,"表示在重叠域3Q(^一上第m-1个角度和第m个角度的 信号能量比，0)m(x，义)表示在第m个角度探测得到的位于重叠域d,上x处波长为/i时的光强密度，①"(x,;i)表示在第附-l个角度探测得到的位于重叠域3Q—"上x处波长为义时的光强密度；O，为第m个角度测量得到的并经 过修正后的边界信号，o〖为第m个角度测量得到的边界信号。S205:将修正后的多次单角度测量边界信号能量值重组为测量边界信号；S206:在成像目标区域的剖分网格上，利用有限元理论把单谱段、混合 谱段或多谱段上的扩散方程离散为线性方程；S207:基于先验可行光源区域，在单谱、混合谱或多谱段上建立未知光 源变量与测量边界信号之间的线性关系；S208:利用正则理论确立优化的目标函数，然后利用改进牛顿算法对目标函数进行优化，以获得成像结果。一种自发荧光成像系统，该系统包括数据获取单元，用于从不同角度获取成像目标物体表面的光信号； 预处理单元，用于分别修正从不同角度获取的所述光信号，获得光修正 数据；数据存储单元，用于存储所述数据获取单元获取的所述光信号的数据、 所述预处理单元修正后的光修正数据；计算单元，用于根据所述光修正数据成像所述自发荧光的像。所述数据获取单元获取的光信号是单谱、混合谱或多谱段上的光的信 号，并以二维图像的形式存储到所述数据存储单元。所述预处理单元包括光信号分布生成模块，用于生成目标物体表面的光信号分布；修正函数生成模块，用于根据在相邻单角度测量表面的重叠域上的相邻 两次测量得到的光信号能量比得到修正函数；修正模块，用于以第一次单角度测量得到的光信号分布为标准，用所述 修正函数修正后续的单角度测量边界信号能量；重组模块，用于将修正后的多次单角度测量边界信号能量值重组为测量 边界信号。所述计算单元包括离散模块，用于在成像目标区域的剖分网格上，利用有限元理论把单谱 段、混合谱段或多谱段上的扩散方程离散为线性方程；线性关系建立模块，用于基于先验可行光源区域，在单谱、混合谱或多 谱段上建立未知光源变量与测量边界信号之间的线性关系；成像模块，用于利用正则理论确立优化的目标函数，然后利用改进牛顿 算法对目标函数进行优化，以获得成像结果。本专利技术的有益效果:.本专利技术综合了当前主流的多角度非接触式测量技术 和有限元成像方法，主要考虑了在多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自发荧光成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：１）从不同角度获取成像目标物体表面的光信号；２）分别修正从不同角度获取的所述光信号，获得光修正数据；３）根据所述光修正数据成像所述自发荧光的像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王普，孙粒，尹金玉，李亚芬，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]