本发明专利技术公开了一种基于小波数据压缩的双模式活体成像系统及方法，属于分子影像技术领域。所述系统包括微型CT子系统和荧光分子断层成像子系统，两子系统按正交方式排列；在荧光分子断层成像子系统中具有二维声光偏转器。所述方法包括：采集X射线投影图和荧光图像，在采集荧光图像过程中，利用二维声光偏转器控制激发光进行扫描；获取激发点的位置和方向；压缩荧光图像得到探测图案集；根据激发点的位置和方向以及探测图案集，获取测量值向量和雅克比矩阵；根据测量值向量和雅克比矩阵反演得到荧光探针分布。本发明专利技术实现更快速的原始数据采集，并能利用所采集的超大数据集进行快速重建。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分子影像
，涉及一种成像系统及方法，特别涉及一种将微型 CT和荧光分子断层成像相结合的。
技术介绍
微型CT利用生物组织对X射线的吸收系数差异成像，是一种高分辨率的三维结构成像技术；荧光分子断层成像技术可以对小动物体内特异性标记的荧光探针进行在体的三维定量成像，可用于观察特定细胞和分子的功能变化。将微型CT和荧光分子断层成像技术相结合，可以同时获得小动物的结构信息和功能信息，提供单一系统所无法提供的丰富信息量，在疾病诊断、药物研发和基因表达监测等方面有着广阔的应用前景。在目前的荧光分子断层成像系统中，通常利用窄束激发光分时逐点扫描小动物表面的多个激发点，例如中国专利技术专利ZL 200780001891. 0和申请号为200910306890. 8的中国专利技术专利申请都采用光束聚焦和扫描器件将缩小后的光斑投射到小动物表面，激发光在小动物组织内传播并激发荧光探针发出荧光，利用CCD相机通过合适的滤光片采集从组织边界上溢出的荧光信号，因此对每一个扫描点可以采集一幅荧光图像。相应的重建算法需要不同投影角度下的不同激发点单独作用时，在不同探测点处采集的光强信息以提高重建质量，因此往往需要对数百至上千个点逐点激发，大大增加了原始数据的采集时间。另一方面，目前通常采用面阵CCD相机作为光学探测器，可采集非常大的原始数据量。而受限于计算资源，目前只能利用很小一部分原始数据进行重建，通常的原则是保证数据量大于要重构的光学参数数目即可。即使这样，重建时间仍然在数分钟至数十分钟。因此，如何实现原始数据的快速采集和如何利用超大数据集进行快速重建是一个非常关键的问题。利用均勻的或经过调制的线光源和面光源作为激发源可以显著缩短数据采集时间，如申请号为200980100694. 3的中国专利技术专利申请利用线光源进行激发，而申请号为201080000866. 2的中国专利技术专利申请则提出了一种可空间编码的并行激发系统及方法，但这些方法都无法解决重建算法耗时长的问题。声光偏转器是一种常用的快速光学扫描器件，应用范围非常广，如显微镜(如中国专利技术专利ZL 200510019130. 0和美国专利US7221503B2)，激光测振仪(如美国专利 US62719MB1)，以及快速微加工技术(如美国专利US7666759B》等。但这些应用中只是利用了声光偏转器响应速度快、定位精度高的特点，实现对整个感兴趣区域的快速扫描。而在荧光分子断层成像中，激发光的扫描模式不仅会影响原始数据的采集速度，而且会影响重建算法的速度，因此需要建立一种适合于快速采集和重建的激发光扫描模式。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种，用于实现荧光分子断层成像技术中原始数据的快速采集和利用超大数据集进行荧光探针分布重建，并提出相应的快速重建算法。本专利技术提供了一种基于小波数据压缩的双模式活体成像系统，包括用于采集成像对象(1)的X射线投影图的微型CT子系统和用于采集成像对象(1)的荧光图像的荧光分子断层成像子系统，两子系统按正交方式排列；所述成像对象(1)固定在能够360°旋转的载物台(2)上，位于微型CT子系统和荧光分子断层成像子系统的共同视场内，在所述荧光分子断层成像子系统中具有二维声光偏转器(7)，用于控制激发光实现如下方式的扫描在旋转的载物台(2)运动一步并停止运动后，首先使CXD相机(9)开始曝光，不断改变超声的调制频率，使激发光束依次扫描激发图案的每个像素对应的激发点，在每个激发点的停留时间与像素的灰度值成正比，像素灰度值为0的激发点不扫描，扫描完所有不为0的激发点后CXD相机(9)停止曝光。本专利技术还提供了一种基于小波数据压缩的双模式活体成像方法，包括采集X射线投影图和荧光图像，在采集荧光图像过程中，利用二维声光偏转器控制激发光进行扫描；获取激发点的位置和方向；压缩荧光图像得到探测图案集；基于所述激发点的位置和方向以及探测图案集，来获取测量值向量和雅克比矩阵；利用所述测量值向量和雅克比矩阵反演得到荧光探针分布。本专利技术利用二维声光偏转器，在采集一幅荧光图像的曝光时间内，实现了利用激发图案的扫描激发，大大减少了数据采集时间；同时利用对荧光图像的压缩，以及通过计算测量值向量和雅克比矩阵的新方法，将所采集的全部荧光数据用于建立适用于图像压缩的线性方程组，并且大大降低了线性方程组的维数，因此不仅提高了成像质量，重建时间也显著缩短。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于小波数据压缩的双模式活体成像系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于小波数据压缩的双模式活体成像方法的流程图；图3为本专利技术实施例提供的计算激发点的位置和方向的示意图；图4为本专利技术实施例提供的荧光图像的小波压缩过程的示意图。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，下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。本专利技术实施例利用二维声光偏转器，在采集一幅荧光图像的曝光时间内，实现了利用激发图案的扫描激发，大大减少了数据采集时间；同时利用对荧光图像的压缩，以及通过计算测量值向量和雅克比矩阵的新方法，将所采集的全部荧光数据用于建立适用于图像压缩的线性方程组，并且大大降低了线性方程组的维数，因此不仅提高了成像质量，重建时间也显著缩短。本专利技术实施例提供了一种基于小波数据压缩的双模式活体成像系统，其系统结构如图1所示双模式活体成像系统由微型CT子系统和荧光分子断层成像子系统组成，按正交方式排列。微型CT子系统，用于采集成像对象1的X射线投影图。荧光分子断层成像子系统，用于采集成像对象1的荧光图像。成像对象1固定在可360°旋转的载物台2上，位于微型CT子系统和荧光分子断层成像子系统的共同视场内。微型CT子系统由微焦斑射线源3和平板探测器4组成。其中，微焦斑射线源3，用于发射高功率和圆微焦的X射线。平板探测器4，用于将透过成像对象1的X射线转化为数字投影图。在荧光分子断层成像子系统中，包括激光器5，用于发射激发光。窄带滤光片6，用于改善激发光的单色性。由于窄带滤光片只允许中心激发波长附近很小波段范围内(士5nm)的激发光透过，所以可使激发光的单色性更好。随后激发光进入二维声光偏转器7的通光孔。二维声光偏转器7，用于通过改变超声调制频率改变激发光的偏转角，从而改变激发光在成像对象1表面的投射位置。带通滤光片8，用于过滤信号。由于带通滤光片只允许感兴趣的波段范围内的荧光信号通过，而隔离了激发光和周围环境的杂散光，保证CCD相机9采集的信号主要是荧光信号。CCD相机9，激发光在成像对象1体内传播并激发其内部的荧光探针发出荧光，利用CXD相机9采集从成像对象1表面溢出的荧光信号。图2是本专利技术实施例提供的基于小波数据压缩的双模式活体成像方法的流程图， 其实施步骤如下步骤201、采集X射线投影图和荧光图像。首先采集X射线投影图。载物台2从某初始旋转角度开始以0.9°的步进量运动， 在每一步运动停止后立刻进行X射线投影图的采集，因此在旋转360°过程中共采集400幅投影图。然后控制载物台2回到初始旋转角度，用Ns个小波尺度函数生成的激发图案Si (i =1,2, ...Ns)为成像对象1提供激发光照明，进行荧光图像的采集。在采集过程中，载物台2首先以18°的步进量运动，在每一步运动停止后，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：骆清铭，龚辉，杨孝全，傅建伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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