分辨率至少为50μm的多模在体成像系统属于在体检测技术领域，其特征在于，包括一个PET核素成像单元、一个X射线成像单元、一个CT成像单元、一个放置测试样本的旋转载物平台，一个多轴运动控制器，一个多通道信号采集处理器，一个连接多轴运动控制器和多通道信号采集处理器的计算机，以及一个多模融合在体成像的图像处理显示软件。与国际上其他在体成像检测仪器相比，本发明专利技术具有高分辨率、多模融合和360度全景扫描成像等特点，而且其结构灵巧，成本低廉，可以广泛应用于包括人体医学影像、小动物分子成像检测在内的在体成像应用中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在体成像检测技术与科学仪器装置结构，特别是提供一种结构灵巧，成本低廉，检测分辨率显著高于现有影像技术与数字X光机、CT、PET医疗影像设备的高分辨率在体成像系统结构。
技术介绍
在体分子影像是医学系统生物学研究中的关键环节，是从分子细胞水平检测向临床应用转化的中间桥梁。常规临床医学在体成像检测技术包括数字X光透视、CT(CompUtedTomography,计算机断层成像)、PET (PositronEmissionTomography,正电子发射断层成像)、MRI (Magnetic Resnane Iamge,磁共振成像)等,这些仪器不仅价格昂贵,几百万元一几千万元不等，而且，在检测分辨率、灵敏度等方面还存在较大的缺陷，达不到少数细胞和 分子水平的检测要求。如，目前临床医疗数字X光透视和CT检测的分辨率均在100 μ m以上，常见基于平板探测器的分辨率有127 μ m、139 μ m、194 μ m等；在PET在体成像测量中，由于受晶体条制作工艺的限制，PET检测的分辨率目前最好的水平在Imm左右；在1 1在体成像测量中，由于受磁场强度和频率的限制，MRI检测的分辨率目前最好的水平也在Imm左右。光学在体成像以Xenogen公司的小动物在体可见光荧光检测仪器为代表，价格依然比较昂贵，200万一300万元左右，由于受组织散射的影响，检测分辨率随着组织深层散射影响而逐渐降低，也是在Imm左右，远不及光学显微成像的分辨率。常见在体分子影像的测试样本包括人体、小动物、模式生物(如线虫)等。随着在体成像检测技术的发展，尤其是应用于少数细胞和分子水平的疾病早期诊断检测，100 μ m以上分辨率的在体成像系统根本无法满足使用要求，非常有必要对现有数字X光透视、CT、PET、MRI以及光学在体成像方法等进行创新研究，提高其在体成像检测的分辨率。同时，可以专利技术新的旋转扫描探测结构代替常规CT、PET、MRI上采用的环形探测器结构，可以大幅度降低检测系统的硬件成本。图像融合(Image Fusion)是指将多源信道所采集到的关于同一目标的图像数据经过图像处理和计算机技术等，最大限度的提取各自信道中的有利信息，最后综合成高质量的图像，以提高图像信息的利用率、改善计算机解译精度和可靠性、提升原始图像的空间分辨率和光谱分辨率，利于监测。图像融合由低到高分为三个层次数据级融合、特征级融合、决策级融合。数据级融合也称像素级融合，是指直接对检测传感器采集获得的数据进行处理而获得融合图像的过程，它是高层次图像融合的基础，也是目前图像融合研究的重点之一。这种融合的优点是保持尽可能多的现场原始数据，提供其它融合层次所不能提供的细微信息。像素级融合中有空间域算法和变换域算法，空间域算法中又有多种融合规则方法，如逻辑滤波法，灰度加权平均法，对比调制法等；变换域中又有金字塔分解融合法，小波变换法。其中的小波变换是当前最重要，最常用的方法。在特征级融合中，保证不同图像包含信息的特征，如红外光对于对象热量的表征，可见光对于对象亮度的表征等等。决策级融合主要在于主观的要求，同样也有一些规则，如贝叶斯法，D-S证据法和表决法等。融合算法常结合图像的平均值、熵值、标准偏差、平均梯度。平均梯度反映了图像中的微小细节反差与纹理变化特征，同时也反映了图像的清晰度。目前对图像融合存在两个问题最佳小波基函数的选取和最佳小波分解层数的选取。图像融合技术在多源数据重建中广泛使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种X光透视、CT、PET多模信息融合的高分辨率在体成像系统，使X光透视、CT、PET的数字化空间成像检测分辨率达到50 μ m或更高的分辨率，结构灵巧，成本低廉，可以广泛应用于包括人体医学影像、小动物分子成像检测在内的在体成像应用中。本专利技术的特征在于，包含一种用于实现X光透视、CT和PET多模融合的高分辨率成 像系统，由一个PET核素成像单元，一个X射线成像单元，一个CT成像单元，一个放置测试样本的旋转载物平台，一个多轴运动控制器，一个多通道信号采集处理器，一个连接多轴运动控制器和多通道处理器的计算机，以及一个多模融合在体成像的图像处理显示软件。以旋转载物平台中放置的测试样本(小动物)为中心，所述的PET核素成像单元、CT成像单元、X射线成像单元分布在该旋转载物平台的四周，共用一个多通道信号采集处理器。其中所述一种用于实现X光透视、CT和PET多模融合的高分辨率成像系统，采用光纤光锤或透镜光导进行精细空间分割处理，将X光透视、CT和PET的在体成像分辨率提高到50微米或更高分辨率。所述的光纤光锤由至少10根光纤加热拉制成锤状，光纤之间进行密光隔离，防止光串扰。光纤光锤可以通过高变倍比例O 5:1)—次拉制成型，或采用低变倍比例(〈5:1)光纤光锤多级耦合串连实现合成高变倍比例，最佳信息传输状态是相邻两级光锤耦合面所对应光纤的芯径满足整数倍对应关系，并且通过抛光耦合面并用环氧树脂胶合提高光信号传输耦合效率。光纤种类可以是石英光纤或玻璃光纤或液芯光纤。光纤光锤具有高变倍比例成像功能，光纤光锤两端面分别对应物面(大头)和成像面(小头)。所述的透镜光导由一个或多个(> 2)镜片或非球面镜组成，能将光子晶体或X射线可见光转换材料涂层的光信号清晰成像在面CCD (Charge-coupled Device,电荷f禹合元件)探测器，并具有一定的光学滤波功能，消除杂散光串扰。透镜光导还具有高变倍比例 5:1)光束变换和成像功能，物面与成像面的位置相对固定，分别对应其输入端面和输出端面，满足大视场的面CCD成像探测需要。所述的PET核素成像单元、CT成像单元、X射线成像单元可以按照不同的应用要求进行分解成单个模式独立使用，或任意两种模式组合在一起使用实现双模信息融合成像，或三种模式组合在一起使用实现三模信息融合成像。所述的多模融合在体成像图像处理显示软件，包括PET核素放射图像重构软件模块，CT图像重构软件模块，X射线成像软件模块，图像融合分析处理模块和图像显示模块等。所述PET核素放射图像重构软件模块实现对放置测试样本的旋转载物平台的角度位置控制一在每一角度位置对PET核素探测器进行信号采集一将不同位置采集的PET核素放射图像进行重建，生成三维核素放射图像。所述CT图像重构软件模块实现对放置测试样本的旋转载物平台的角度位置控制一在每一角度位置对CT成像探测器进行信号采集一将不同位置采集的CT图像切片进行重建，生成三维CT图像。所述X射线成像软件模块实现对放置测试样本的旋转载物平台的角度位置控制一在每一角度位置对X射线成像探测器进行信号采集一将不同位置采集的X射线图像进行重建，生成三维X射线图像。所述图像融合分析处理模块实现对每一角度位置的CT图像、PET核素放射图像和X射线图像进行融合一分析处理一三维重建，生成三维PET、CT和X射线融合图像。所述图像显示模块实现对CT图像、PET核素放射图像和X射线图像单独显示一CT图像、PET核素放射图像和X射线图像任意两模融合，进行颜色宣染后显示一CT图像、PET核素放射图像和X射线图像三模融合，进行颜色宣染后显示。所述的多通道信号采集处理器，包含有2个或以上信号采集通道，兼有信号滤波、放大、对两个通道本文档来自技高网...
【技术保护点】
分辨率至少为50μm的多模在体成像检测系统，其特征在于，包含一个放置测试样本的旋转载物平台，一个多通道信号采集处理器，一个多轴运动控制器，一台计算机，一个CT成像单元，一个PET核素成像单元以及一个X射线成像单元，所述的PET核素成像单元、CT成像单元和X射线成像单元的排布以旋转载物平台中的测试样本为中心，分布在四周，其中：旋转载物平台，包含一个旋转电机，一个旋转载物台底座，一个旋转载物台温控板，一个升降电机与升降机构，一个开有麻醉气体通入口的麻醉气体罩及一个测试样本，能在360度范围内作精密旋转运动并具有上下升降功能，旋转定位精度0.1度，升降定位精度5微米，其中：测试样本，包括小动物，模式生物，或其他有生命和无生命的被测对象，放置在旋转载物台温控板上，旋转电机，在旋转载物台底座的下方，与旋转载物台底座同轴转动连接，旋转载物台温控板，固定在旋转载物台底座的上方，或安装在旋转载物台底座的下方，这时测试样本是放置在旋转载物台底座上，升降机构，安装在旋转载物台底座的侧面，通过滑块与升降电机上的丝杠连接，并通过滑块与旋转载物台底座侧面连接，由升降电机驱动旋转载物台底座上下移动；PET核素成像单元，包含有2个PET核素成像探测器，以测试样本为中心对称分布在旋转载物平台两边，所述PET核素成像探测器由光子晶体、光纤光锤或透镜光导、面CCD探测器按照光子晶体→光纤光锤或透镜光导→面CCD探测器的顺序组成；CT成像单元，包含有第一个X射线成像探测器和第一个X射线源，以测试样本为中心对称分布在旋转载物平台两边，所述第1个X射线成像探测器由X射线可见光转换材料涂层板、光纤光锤和面CCD探测器按照X射线可见光转换材料涂层板→光纤光锤→面CCD探测器的顺序组成；X射线成像单元，包含有第二个X射线成像探测器和第二个X射线源，以测试样本为中心对称分布在旋转载物平台两边，所述第2个X射线成像探测器由X射线可见光转换材料涂层板、透镜光导和面CCD探测器按照X射线可见光转换材料涂层板→透镜光导→面CCD探测器的顺序组成；多通道信号采集处理器，设有2个PET信号采集通道，分别与所述2个PET核素成像探测器的信号输出端相连，还设有2个X射线信号采集通道，分别与所述2个X射线成像探测器的信号输出端相连，还设有1个与计算机相连的信号输出通道，将从2个PET信号采集通道和2个X射线信号采集通道获得的信号输入计算机，多通道信号采集处理器至少具有对采 集信号进行滤波、放大的功能；多轴运动控制器，通过一条信号线与计算机相连，接受计算机的运动控制指令，分别对所述旋转电机、升降电机和2个X射线源进行控制；计算机，内安装有多模融合在体成像图像处理显示软件，包括PET核素放射图像重构软件模块，CT图像重构软件模块，X射线平面投影成像软件模块，图像融合分析处理模块和图像显示模块，其中：PET核素放射图像重构软件模块，根据旋转载物平台的不同角度位置，对PET核素探测器采集的测试样本信号进行重建，生成三维核素放射图像，CT图像重构软件模块，根据旋转载物平台的不同角度位置，对CT成像探测器采集的测试样本图像切片进行重建，生成三维CT图像，X射线平面投影成像软件模块，根据旋转载物平台的不同角度位置，对X射线成像探测器采集的X射线透视图像进行重建，生成三维X射线透视图像，图像融合分析处理模块，实现对每一角度位置的CT切片图像、PET核素放射图像和X射线透视图像进行分析处理和三维重建，生成三维PET、CT和X射线融合图像，图像显示模块，实现对CT图像、PET核素放射图像和X射线图像单独显示、任意两模融合宣染后显示和三模融合宣染后显示；计算机内，还安装有对多轴运动控制器的运动控制指令发送与控制反馈应答的控制管理软件。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄国亮，白净，赵松敏，王同舟，黎新，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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