基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)包括：支撐裝置，用于支撐待成像對象；契倫科夫熒光探測裝置，用于采集待成像對象的平面光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像；暗箱，用于容納契倫科夫熒光探測裝置和支撐裝置，以阻斷高能射線和可見光；計算機，用于對于契倫科夫熒光探測裝置中的光學(xué)成像器件的光學(xué)成像參數(shù)進行調(diào)節(jié)，并對于接收到的光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進行融合，得到契倫科夫配準圖像。本發(fā)明可以有效地解決契倫科夫光信號較弱，穿透深度較淺等缺點，且大幅降低了設(shè)備建造與維護成本，降低了核醫(yī)學(xué)成像研究的門檻，拓展了光學(xué)分子影像探針可供選擇的空間，延伸了光學(xué)分子影像研究與應(yīng)用的范圍。
【專利說明】基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種成像系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]契倫科夫突光成像(Cerenkov Luminescence Imaging, CLI)是利用放射性藥物基于契倫科夫輻射產(chǎn)生的300-900nm譜段的光，通過使用高靈敏度的C⑶相機采集成像目標體表穿透出來的近紅外光和可見光，可以實現(xiàn)對醫(yī)學(xué)同位素的在體成像。該成像成為繼正電子發(fā)射斷層成像(Positron Emiss1n Tomography, PET)、單光子發(fā)射計算機斷層成像(Single Photon Emiss1n Computed Tomography, SPECT)之后的一種新的分子核醫(yī)學(xué)成像模態(tài)，而且為光學(xué)分子成像的臨床應(yīng)用帶來了新的契機。契倫科夫輻射是放射性藥物在衰變過程中產(chǎn)生的高能β或者Y粒子在介質(zhì)中的運動速度大于光在該介質(zhì)中的運動速度時產(chǎn)生的契倫科夫光，并在2010年首次用于小動物在體成像(Cerenkov Emiss1n, J.Nuc1.Med.2010，51:1123 - 1130)。
[0003]CLI定量表征的是核素平面分布圖，不能描述光源在體內(nèi)的深度信息。為了解決契倫科夫存在的弱光問題和成像深度等問題，Sr1-Rajasekhar等(B1med OptExpress.2012 June I ；3 (6): 1215-1225)首次提出了內(nèi)窺式契倫科夫的概念。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)和方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括:契倫科夫熒光探測裝置、支撐裝置、計算機和暗箱，其中:
[0006]所述支撐裝置用于支撐待成像對象；
[0007]所述契倫科夫熒光探測裝置用于采集待成像對象的平面光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像；
[0008]所述暗箱為一不透光封閉式容器，用于容納所述契倫科夫熒光探測裝置和支撐裝置，以阻斷高能射線和可見光；
[0009]所述計算機用于對于所述契倫科夫熒光探測裝置中的光學(xué)成像器件的光學(xué)成像參數(shù)進行調(diào)節(jié)，并對于接收到的光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進行融合，得到契倫科夫配準圖像。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像方法，所述方法包括以下步驟:
[0011]契倫科夫熒光探測裝置采集白光，光學(xué)成像器件對于待成像對象進行光學(xué)成像，得到光學(xué)圖像；
[0012]契倫科夫熒光探測裝置采集熒光，內(nèi)窺成像器件對于待成像對象進行熒光成像，得到契倫科夫熒光圖像；
[0013]對于所述光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進行融合，得到契倫科夫配準圖像。
[0014]本發(fā)明采用內(nèi)窺式的平面成像系統(tǒng)，可以解決契倫科夫弱光，穿透深度較淺等缺點。由于本發(fā)明采用EMCXD探測器實現(xiàn)分子核醫(yī)學(xué)成像，相對于PET/SPECT和、相機等成像裝置大幅降低了設(shè)備建造與維護成本，降低了核醫(yī)學(xué)成像研究的門檻，拓展了光學(xué)分子影像探針可供選擇的空間，延伸了光學(xué)分子影像研究與應(yīng)用的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)的原理方框圖；
[0017]圖3是本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像方法的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)，圖1是本發(fā)明基于契倫科夫效 應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像系統(tǒng)的原理方框圖，如圖1和圖2所示，所述成像系統(tǒng)包括契倫科夫突光(Cerenkov Luminescence)探測裝置、支撐裝置103、計算機104和暗箱105,其中:
[0020]所述支撐裝置103用于支撐待成像對象，例如，人體、動物或任何待成像的物理對象。
[0021]所述契倫科夫熒光探測裝置是本發(fā)明成像系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，用于采集待成像對象的平面光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像，其包括光學(xué)成像器件101、內(nèi)窺成像器件102、光學(xué)成像控制器及相關(guān)光學(xué)成像配件，其中，所述光學(xué)成像器件101用于在所述契倫科夫熒光探測裝置發(fā)出白光時，完成契倫科夫光信號-電信號轉(zhuǎn)換，對于待成像對象進行光學(xué)成像。在本發(fā)明一實施例中，所述光學(xué)成像器件101為EMCXD，所述EMCXD的最佳工作溫度為-90 °。所述內(nèi)窺成像器件102用于在所述契倫科夫熒光探測裝置發(fā)出熒光時，對于待成像對象進行熒光成像；所述光學(xué)成像控制器用于根據(jù)所述計算機104的指令調(diào)節(jié)所述光學(xué)成像器件101的工作溫度、數(shù)據(jù)采集的幀頻、曝光時間、光圈開合與孔徑等光學(xué)成像參數(shù)，并與所述計算機104連接通信，將所述光學(xué)成像器件101采集得到的光學(xué)圖像和所述內(nèi)窺成像器件102采集得到的契倫科夫熒光圖像傳送給所述計算機104。
[0022]所述暗箱105為一不透光封閉式容器，用于容納所述契倫科夫熒光探測裝置和支撐裝置，以阻斷高能射線和可見光，避免對于所述契倫科夫熒光探測裝置和成像操作產(chǎn)生不利影響。所述暗箱105的底部設(shè)有一個比如直徑為2cm的半圓形導(dǎo)線管，用于通過數(shù)據(jù)線，以實現(xiàn)所述光學(xué)成像控制器與計算機104之間的數(shù)據(jù)傳輸。在本發(fā)明一實施例中，所述暗箱105為長方體，其六個面均由鉛板組成，內(nèi)表面覆蓋一層黑色涂料，其中一個側(cè)面帶有開門設(shè)計。
[0023]所述計算機104用于向所述光學(xué)成像控制器發(fā)出控制指令，以通過所述光學(xué)成像控制器對于所述光學(xué)成像器件101的光學(xué)成像參數(shù)進行調(diào)節(jié)，并對于接收到的光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像根據(jù)契倫科夫熒光圖像配準流程進行融合，得到契倫科夫配準圖像?？梢哉f，位于暗箱105外部的計算機104不僅控制著整個成像系統(tǒng)，更是圖像處理的執(zhí)行模塊，其輸出結(jié)果圖像包括平面白光圖像、契倫科夫熒光圖像和契倫科夫配準圖像。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提出一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像方法，圖3是本發(fā)明基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺平面成像方法的原理示意圖，如圖3所示，所述成像方法包括以下步驟:
[0025]步驟I，契倫科夫熒光探測裝置采集白光，光學(xué)成像器件對于待成像對象進行光學(xué)成像，得到光學(xué)圖像；
[0026]步驟2，契倫科夫熒光探測裝置采集熒光，內(nèi)窺成像器件對于待成像對象進行熒光成像，得到契倫科夫熒光圖像；
[0027]步驟3，對于所述光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進行融合，得到契倫科夫配準圖像。
[0028]其中，對于所述光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進行融合的步驟進一步包括以下步驟:
[0029]步驟31，獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域；
[0030]在本發(fā)明一實施例中，基于snake模型獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域，基于snake模型獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域的步驟進一步包括以下步驟:
[0031]步驟311，對于所述光學(xué)圖像，首先自動交互選定初始感興趣區(qū)域；
[0032]在本發(fā)明一實施例中，通過人工標定來選定初始感興趣區(qū)域。
[0033]步驟312，然后，對于所述初始感興趣區(qū)域進行膨脹處理，得到所述感興趣區(qū)域。
[0034]在本發(fā)明一實施例中，通過氣球snake外力模型來對所述初始感興趣區(qū)域進行膨脹處理，所述氣球snake外力模型表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:契倫科夫熒光探測裝置、支撐裝置、計算機和暗箱，其中: 所述支撐裝置用于支撐待成像對象； 所述契倫科夫熒光探測裝置用于采集待成像對象的平面光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像； 所述暗箱為一不透光封閉式容器，用于容納所述契倫科夫熒光探測裝置和支撐裝置，以阻斷高能射線和可見光； 所述計算機用于對于所述契倫科夫熒光探測裝置中的光學(xué)成像器件的光學(xué)成像參數(shù)進行調(diào)節(jié)，并對于接收到的光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進行融合，得到契倫科夫配準圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述契倫科夫熒光探測裝置包括光學(xué)成像器件、內(nèi)窺成像器件、光學(xué)成像控制器及光學(xué)成像配件，其中: 所述光學(xué)成像器件用于在所述契倫科夫熒光探測裝置發(fā)出白光時，完成契倫科夫光信號-電信號轉(zhuǎn)換，對于待成像對象進行光學(xué)成像； 所述內(nèi)窺成像器件用于在所述契倫科夫熒光探測裝置發(fā)出熒光時，對于待成像對象進行熒光成像； 所述光學(xué)成像控制器用于根據(jù)所述計算機的指令調(diào)節(jié)所述光學(xué)成像器件的光學(xué)成像參數(shù)，并與所述計算機連接通信，將所述光學(xué)成像器件采集得到的光學(xué)圖像和所述內(nèi)窺成像器件采集得到的契倫科夫熒光圖像傳送給所述計算機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)成像參數(shù)至少包括工作溫度、數(shù)據(jù)采集的幀頻、曝光時間、光圈開合與孔徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述暗箱的底部設(shè)有導(dǎo)線管，用于通過數(shù)據(jù)線，以實現(xiàn)所述契倫科夫熒光探測裝置與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述暗箱為長方體，其六個面均由鉛板組成，內(nèi)表面覆蓋一層黑色涂料，其中一個側(cè)面帶有開門。
6.一種基于契倫科夫效應(yīng)的內(nèi)窺式平面成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 契倫科夫熒光探測裝置采集白光，光學(xué)成像器件對于待成像對象進行光學(xué)成像，得到光學(xué)圖像； 契倫科夫熒光探測裝置采集熒光，內(nèi)窺成像器件對于待成像對象進行熒光成像，得到契倫科夫熒光圖像； 對于所述光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進行融合，得到契倫科夫配準圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，對于所述光學(xué)圖像和契倫科夫熒光圖像進行融合的步驟進一步包括以下步驟: 獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域； 在所述熒光圖像中提取出與所述感興趣區(qū)域相對應(yīng)的熒光信號子圖像Is ; 對于所述熒光信號子圖像Is進行有效數(shù)據(jù)提取，得到有效數(shù)據(jù)子圖像It; 對于所述有效數(shù)據(jù)子圖像It進行雜亂信號濾除； 對于雜亂信號濾除后的有效數(shù)據(jù)子圖像It進行小面積信號濾除，得到過濾子圖像Ip;將所述過濾子圖像Ip疊加到白光圖像上得到契倫科夫配準圖像并輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，基于snake模型獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，基于snake模型獲取所述光學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域的步驟進一步包括以下步驟: 對于所述光學(xué)圖像，選定初始感興趣區(qū)域； 然后對于所述初始感興趣區(qū)域進行膨脹處理，得到所述感興趣區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，利用閾值處理方法基于所述熒光信號子圖像Is進行有 效數(shù)據(jù)提取、雜亂信號濾除以及小面積信號濾除。
【文檔編號】A61B5/00GK104027064SQ201410302205
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】胡振華, 田捷, 宋天明, 王坤 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所