自动处理景深的光学投影断层成像方法技术

一种自动处理景深的光学投影断层成像方法，包括：通过在旋转中心上径向移动样本位置，在同一角度、不同焦距下采集到一系列样本的投影图；将所述投影图按照均方差值选取图像清晰的投影图，用于三维图像重建。本发明专利技术可快速实现光学投影断层成像景深自动处理，选取清晰的二维投影图用于三维重建，提高了重建体的分辨率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学投影断层成像技术，尤其涉及一种。
技术介绍
光学投影断层成像(OPT)技术可以实现1-10毫米尺度生物样本的结构和分子特异性成像，具有分辨率高、结构功能一体化、无辐射、成本低等诸多优点，它可以在小尺度对活体生物进行细胞水平的定性和定量研究，实现生物体的实时、无创、动态、在体成像。当前，OPT技术已被应用于小鼠等小动物胚胎、完整器官的成像以及果蝇等模式动物的成像。小鼠、果蝇这些模式动物的OPT成像对于研究基因表达、蛋白质相互作用、临床前药物研发等都具有重要的意义。OPT成像技术的出现为小动物胚胎成像、组织器官成像、果蝇等小的模式动物成像提供了有力的研究手段，推动了生物科学基础研究的发展。OPT成像过程中样 本比较薄且相对透明，可见光穿过样本时散射效应可以忽略不计，样本对光子主要表现为吸收作用，因此可认为光线沿直线传播穿过样本。OPT扫描时将样本固定在一个高精度旋转台上，采用高稳定的LED或激光器作为照射源，以高灵敏度的EMCCD探测器作为接收设备，系统每采集一幅二维投影图，旋转台旋转一个固定角度，系统采集下一幅图像，依次共采集360°范围内的投影数据。因此，光学投影断层成像系统扫描采集到的数据是一系列不同角度下光线穿过样本的二维投影图像。将所有投影图像运用滤波反投影(Filtered Back-Projection,以下简称FBP)方法进行重建，即可得到三维重建体。二维投影图的清晰与否，直接关系到三维重建体分辨率的高低。光学投影断层成像技术属于显微成像，成像视野较小，放大倍数较高，导致物方景深非常有限。再加上机械装置径向误差、样本旋转运动等可能导致开始聚焦很清晰的图像在旋转一定角度后变得很模糊。所以景深问题是困扰光学投影断层成像获得高分辨率图像的一个瓶颈。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种。一种，包括通过在旋转中心上径向移动样本位置，在同一角度、不同焦距下采集到一系列样本的投影图；将所述投影图按照均方差值选取图像清晰的投影图，用于三维图像重建。本专利技术可快速实现光学投影断层成像景深自动处理，选取清晰的二维投影图用于三维重建，提高了重建体的分辨率。附图说明图I为本专利技术实施例中，关于成像系统数据采集的示意图；图2为本专利技术实施例中，关于果蝇蛹投影数据筛选过程；图3为本专利技术实施例中，针对果蝇蛹进行景深自动处理后，三维重建结果图。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。虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是在可接受的误差容限或设计约束内近似于所述值。本专利技术是一种。本专利技术专门针对光学投影断层成像在同一角度、不同焦距下采集到的投影图，进行数据筛选，从而提高三维重建体分辨率。目前光学投影断层成像一般选择物体在旋转运动下，采集二维投影图。由于机械径向误差和物体旋转运动会导致开始聚焦很清晰的图像，运动一段时间后，旋转出显微装置景深范围，而导致探测器捕捉到的投影图模糊。如图I所示，探测器、显微装置和样本旋转中心在同一轴线上。探测器通过显微装置聚焦于样本，使得样本成像清晰，然后以平行于探测器主光轴方向移动样本。根据探测器获取的图像由模糊到清晰，再到模糊，确定样本的初始位置为靠近探测器方向较模糊的图像位置，移动步进距离为总距离(即样本由模糊到清晰，再到模糊的过程所移动的距离)除以移动次数N。本专利技术实施例采用的多景深扫描方式，采集在同一角度、不同焦距下的二维投影图，选择样本在该角度下处于景深中的投影图(即清晰的投影图)，用于三维重建。本专利技术专门针对小景深显微成像，具有快速、高分辨率的特点。本专利技术的实现方案分为两个主要步骤数据采集、数据筛选。其中，数据采集步骤可以采集同一角度、不同景深的二维投影图；数据筛选步骤将同一角度、不同景深下的二维投影图，根据每幅图的均方差值选择清晰的图像，用于三维重建。下面利用果蝇蛹活体成像实验描述本专利技术的步骤，实验中采用活体果蝇蛹进行自动景深处理的光学投影断层成像，共采集360个角度的投影图，即旋转台每旋转1° (或根据需要，旋转台可以旋转小于1°或大于1° )，采集一幅投影图。成像系统中样本共移动6次，采集了 7个不同景深位置的二维投影图，即360*7 = 2520，共采集了 2520幅投影图。以活体果蝇蛹实验为例，本专利技术的 详细步骤如下步骤SI :本步骤针对自动处理景深方法的数据采集。通过径向移动(平行探测器方向)样本位置，使样本在探测器上的投影图由模糊到清晰再到模糊，样本靠近探测器侧模糊投影的样本位置作为样本移动的初始位置，并记录。定量的移动样本，移动距离尽量小，每一步移动距离L。逐步移动并记录，直到样本投影图由模糊到清晰再到模糊，停止移动，并记录移动的次数K。则样本移动的总距离为L ·Κ，表明样本在这一段距离内的投影图至少有一张很清晰。按照以下公式计算步距d =其中d为样本移动的步进距离，单位为微米。因为显微装置的景深非常小，通过高精度平移台控制样本移动距离。L为预调节阶段每一步的移动距离，单位为微米。预调节阶段是在实验前，目的为测出样本从模糊到清晰再到模糊的过程中样本移动的距离。K为预调节阶段移动的步数。N为试验中，根据实验精度，确定的移动步数。若实验要求分辨率高，N值设定较大；若实验要求速度更快，N值设定较小。本实验选择L = 125微米，K = 12，则共移动1500微米，包含了果蝇蛹成像清晰的位置。确定实验中样本的移动次数N，根据实验要求精度和数据采集速度确定移动次数。一般精度要求高，则移动次数N偏大，但此时数据采集量大，采集速度慢，一般选择N < 10，本实验选择N = 6,则实验中样本步进距离为125X 12/6 = 250微米。接下来开始数据采集，如图I所示，需采集360°的投影图，试验中每旋转1°采集一张。为了提高采集速度，采集某一样本位置下的360°范围内投影图，再移动样本位置，采集该360°范围内的投影图。通过每次旋转台校正，确保采集的角度为同一角度。步骤S2 :本步骤针对选取某一角度下，图像清晰的二维投影图用于三维重建。针对步骤SI得到的某一角度下7张不同景深的投影图，如图2所示，从图中可以分辨出，在这7张投影图中，依次由模糊到清晰再到模糊。如果用模糊的投影图进行三维重建，该三维重建体分辨率不高，影响实验结果分析。通过每幅图像的均方差值，选择其值较大的图像用于后续三维重建。按照以下公式计算均方差值权利要求1.一种，包括通过在旋转中心上径向移动样本位置，在同一角度、不同焦距下采集到一系列样本的投影图；将所述投影图按照均方差值选取图像清晰的投影图，用于三维图像重建。2.按权利要求I所述的方法，其特征在于所述旋转中心每次旋转小于1°或大于1°。3.按权利要求I所述的方法，其特征在于所述旋转中心每次旋转1°4.按权利要求3所述的方法，其特征在于旋转中心旋转360°。5.按权利要求I所述的方法，其特征在于确定样本的初始位置和每一步的移动距离。6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，按照以下公式计算步距7.按权利要求I所述的方法，其特征在于，采集样本在某一位置下的360°范围内的投影图，再径向移动样本采集360°范围内的投影图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动处理景深的光学投影断层成像方法，包括：通过在旋转中心上径向移动样本位置，在同一角度、不同焦距下采集到一系列样本的投影图；将所述投影图按照均方差值选取图像清晰的投影图，用于三维图像重建。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田捷，郭进，董迪，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：