一種廣視角光學分子斷層成像導航系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學分子影像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種廣視角光學分子斷層成像導航系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分子影像是21世紀最耀眼的科學與技術(shù)之一，它是指無損傷地在分子水平上探測生物體內(nèi)分子，并給出體內(nèi)分子分布信息的醫(yī)學影像技術(shù)。并被實踐證明是一種能夠在體可視化分子、基因、細胞水平生物體生理病理變化的影像工具。作為其中一種重要的分子影像成像模態(tài)，光學分子影像憑借自身低成本、高通量、非侵入、非接觸、非電離輻射、靈敏度高、特異性強等優(yōu)勢已經(jīng)應用到了腫瘤的早期檢測、藥物的研發(fā)等領(lǐng)域。
[0003]光學分子影像技術(shù)相比于傳統(tǒng)的影像技術(shù)，具有如下的優(yōu)勢:其一，光學分子影像技術(shù)可將基因表達、生物信號傳遞等復雜的過程變成直觀的圖像，使人們能更好地在分子水平上了解疾病的發(fā)生、發(fā)展機制及過程;其二，能夠發(fā)現(xiàn)疾病早期的分子變異及病理改變過程;其三，可在活體上連續(xù)觀察藥物或基因治療的機理和效果。通常，探測生物組織分子的方法分離體探測方法和在體探測方法兩種，光學分子影像技術(shù)作為一種在體探測方法，其優(yōu)勢在于可以快速、遠距離、無損傷地獲得生物組織分子的圖像。它可以揭示病變的早期分子生物學特征，從而為疾病的早期診斷和治療提供可能，也為臨床診斷引入了新的概念。
[0004]光學分子斷層成像技術(shù)是一種光學分子影像技術(shù)，該技術(shù)利用光在生物組織中的傳播原理建立數(shù)學模型，并反向求解，得到光在生物組織中的三維斷層分布信息，為研究生物組織的生理病理現(xiàn)象提供了很好的技術(shù)支持。激發(fā)熒光斷層成像技術(shù)是一種光學分子斷層成像技術(shù)，它的原理可以描述為:首先向生物體內(nèi)注射熒光分子探針，熒光分子探針在生物體內(nèi)代謝會匯聚到病變組織處，然后通過生物體外的激發(fā)光源，照射生物體內(nèi)的熒光探針基團，使其達到高能量狀態(tài)，熒光基團吸收光能使得電子躍迀到了激發(fā)態(tài)，電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的過程中會釋放出熒光，該熒光較激發(fā)光向紅端移動，即發(fā)射的熒光的波長比激發(fā)熒光的波長要長，熒光在組織體內(nèi)傳播并有一部分達到體表，從體表發(fā)出的熒光被高靈敏度的探測器接收到，從而形成熒光圖像。通常，熒光基團產(chǎn)生的熒光經(jīng)過生物體內(nèi)組織的吸收、散射后，到達表面的時候強度已經(jīng)較弱，這時候，就需要利用高靈敏度的CCD相機捕獲到達表面的熒光光子，然后通過計算機處理捕獲的信號并進行成像。廣視角光學分子斷層成像導航技術(shù)一方面通過多光譜光學信號采集裝置中的熒光CCD相機捕獲從生物體表發(fā)出的熒光信息，獲得熒光圖像，再利用多光譜光學信號采集裝置中的白光CCD相機捕獲從生物組織表面發(fā)出的可見光信息，獲得白光圖像，并利用光在生物組織中的光學參數(shù)和傳播原理，重建出成像目標生物體的三維解剖結(jié)構(gòu)信息，并重建出生物組織中發(fā)光的熒光探針的具體位置和體積大小，這樣，就重建除了生物組織中病變組織的大小和具體位置，為分析生物組織的生理病理現(xiàn)象提供了依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]有鑒于此，本發(fā)明根據(jù)光學分子影像技術(shù)的特點，并基于長期在光學分子影像技術(shù)領(lǐng)域的研究經(jīng)驗，提供了一種廣視角光學分子斷層成像導航系統(tǒng)及方法，采用系統(tǒng)支撐模塊、同步觸發(fā)模塊、光學信號探測模塊和數(shù)據(jù)處理模塊等功能模塊來實現(xiàn)廣視角光學分子斷層成像及導航的功能。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種廣視角光學分子斷層成像導航系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0009]系統(tǒng)支撐模塊101，用于對系統(tǒng)中使用到的設備提供支撐作用；
[0010]同步觸發(fā)模塊201，用于同步觸發(fā)光學信號采集模塊中CCD相機采集光學圖像和濾光片轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動；
[0011 ]光學信號探測模塊401，用于探測成像區(qū)域中的光學信號；
[0012]數(shù)據(jù)處理模塊501，用于對該系統(tǒng)進行參數(shù)設置和對所述光學圖像數(shù)據(jù)進行處理與顯示。
[0013]為了實現(xiàn)所述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種基于廣視角光學分子斷層成像導航方法，該方法包含以下步驟:
[0014]步驟701:通過系統(tǒng)支撐模塊將系統(tǒng)支架和光學平臺支架調(diào)整到合適的高度;打開光學信號探測模塊中的熒光采集裝置和白光采集裝置，同時打開熒光光源和白光光源對成像區(qū)域進行照射；
[0015]步驟702:打開同步觸發(fā)裝置中的同步觸發(fā)裝置;打開數(shù)據(jù)處理模塊中的軟件控制模塊，在軟件控制模塊中設置同步觸發(fā)裝置的同步觸發(fā)頻率，同時設置熒光采集裝置和白光采集裝置的參數(shù)，設置熒光光源和白光光源的參數(shù)，使光學信號探測模塊對成像區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集;打開圖像處理模塊、圖像顯示模塊；
[0016]步驟703:根據(jù)軟件控制模塊設置的同步觸發(fā)頻率，同步觸發(fā)裝置同步觸發(fā)熒光光源、白光光源對成像區(qū)域進行度廣視角照射，同時同步觸發(fā)熒光采集裝置和白光采集裝置對成像區(qū)域進行廣視角數(shù)據(jù)采集;熒光光源和白光光源同步地對成像區(qū)域進行180度廣視角照射，而熒光采集裝置和白光采集裝置由多組分開的設備構(gòu)成，對成像區(qū)域進行廣視角數(shù)據(jù)采集；
[0017]步驟704:熒光采集裝置和白光采集裝置將采集到的光信號通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊中的圖像處理模塊處理傳輸過來的光信號數(shù)據(jù)，對熒光采集裝置和白光采集裝置中傳輸過來的光信號按成像角度和時間序列進行分組，將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，得到一系列熒光圖像和白光圖像，并且對熒光圖像作特征提取、特征增強得到增強特定光譜信號的熒光圖像，然后對增強的熒光圖像進行偽彩色處理得到偽彩色熒光圖像;所述圖形處理模塊對白光圖像進行亮度調(diào)整、特征提取;將處理后的熒光圖像和白光圖像做融合處理，得到融合的熒光圖像和白光圖像；
[0018]步驟705:根據(jù)處理后的二維白光圖像序列和相應的角度信息和光譜信息，重建出成像目標體的表面的三維結(jié)構(gòu)信息，得到成像目標體的表面結(jié)構(gòu);并根據(jù)熒光光譜和白光光譜的光學特性和參數(shù)，重建出成像目標的內(nèi)部的光學參數(shù)信息;根據(jù)激發(fā)熒光斷層成像重建的技術(shù)原理，對成像目標體進行內(nèi)部發(fā)光熒光光源的三維重建，重建出成像目標內(nèi)部發(fā)光熒光光源在三維結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)信息中的物理位置和熒光強度，并顯示在圖像顯示模塊上，以提供內(nèi)部光源的三維導航信息。
[0019](三)有益效果
[0020]根據(jù)以上方案可以看出，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0021]1.利用本發(fā)明，可以使用多臺多光譜信號采集裝置601和光源裝置602，獲取成像區(qū)域301中的多光譜信號，并利用數(shù)據(jù)處理模塊501對采集到的廣視角多光譜信號進行三維重建和顯示，提供導航信息，有效解決了廣視角光學分子斷層成像導航問題。因此，系統(tǒng)功能齊全，而設備使用便捷。
[0022]2.利用本發(fā)明，通過數(shù)據(jù)處理模塊501中的軟件控制模塊502能夠便捷地控制光學信號探測模塊401和同步觸發(fā)模塊201，使光學信號探測模塊401采集多光譜熒光數(shù)據(jù)和白光數(shù)據(jù)。同時，通過數(shù)據(jù)處理模塊501中的圖像處理模塊503對采集到的數(shù)據(jù)進行有效的處理，使最終得到的重建后的導航圖像清晰且特征突出。功能顯著，操作簡單便捷。
[0023]3.利用本發(fā)明，通過系統(tǒng)支撐模塊101的便捷設計，能方便升降、移動等操作。利用光學信號探測模塊401的廣視角多光譜成像，能夠快速地獲取成像區(qū)域各個角度的熒光圖像和白光圖像信息，快速重建出成像目標體表面輪廓信息和內(nèi)部熒光光源的信息，能夠探測到較深的熒光信息，能夠最大程度低保留有用的光學信息。
[0024]4.通過本發(fā)明，由于在實驗過程中需要進行避光處理，同時，通過在多光譜光信號采集裝置601和光源裝置602中放置濾光裝置，使得照射到成像區(qū)域301的熒光信號和白光信號具有不同的光譜范圍，同時，多光譜光信號采集裝置601也能夠把采集到的多光譜信號成功分離開來。由于光譜的分離，使得白光信號和熒光信號不會相互影響。解決了實際中面臨的光譜混雜問題。
【附圖說明】
[0025]圖1是依照本發(fā)明中的一種廣視角光學分子斷層成像導航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是依照本發(fā)明中的光學信號探測模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是依照本發(fā)明中的系統(tǒng)支架模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]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)明作進一步的詳細說明。
[0029]圖1是依照本發(fā)明實施的一種廣視角光學分子斷層成像導航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該系統(tǒng)包括:
[0030]系統(tǒng)支撐模塊(101)，用于對系統(tǒng)中使用到的設備提供支撐作用；
[0031]同步觸發(fā)模塊(201)，用于同步觸發(fā)光學信號采集模塊中CCD相機采集光學圖像和濾光片轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動；
[0032]光學信號探測模塊(301)，用于探測