專利名稱：多模式內(nèi)部成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于獲取物體內(nèi)部的多個圖像表示的系統(tǒng)和方法，特別適用于研究和成像應(yīng)用。更具體地，本發(fā)明涉及使用光的多模式成像和其它類型的成像。
背景技術(shù)：
目前，研究人員和成像醫(yī)生使用多種非侵入式成像技術(shù)中的任何一種來產(chǎn)生內(nèi)部圖像。這些技術(shù)使用X射線、核磁共振成像(MRI)、CAT掃描和超聲波。在其它系統(tǒng)中，光成像被用來產(chǎn)生物體的光學(xué)圖像。例如，生物發(fā)光成像是一種在醫(yī)學(xué)研究、病理學(xué)及藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)領(lǐng)域，用于執(zhí)行對動物實(shí)驗(yàn)體的活體內(nèi)診斷研究的非侵入式技術(shù)。生物發(fā)光一般由被發(fā)光指示體如熒光素酶轉(zhuǎn)染的細(xì)胞產(chǎn)生，其可被用作區(qū)分特定組織類型(如腫瘤)、監(jiān)視生理功能、跟蹤對實(shí)驗(yàn)體所使用的治療化合物的分布或者疾病的發(fā)展。熒光性是另一種可以用于跟蹤細(xì)胞或分子活體的光學(xué)成像技術(shù)。該技術(shù)最近被使用基因?qū)W表達(dá)的指示體，如綠熒光蛋白質(zhì)(GFP)和近紅外(NIR)染色如Cy5，來描述。簡言之，熒光性是一種分子現(xiàn)象，其中物質(zhì)吸收特定波長的光，并發(fā)出更長波長的光。光的吸收被稱為“激勵”，發(fā)出更長波長的光被稱為“發(fā)射”。
每種技術(shù)都具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，使得其適用于不同的成像應(yīng)用。某些技術(shù)可以更好地提供內(nèi)部的空間或解剖信息，而其它技術(shù)則更好地提供了被成像物體內(nèi)所感興趣的行為的功能信息。
現(xiàn)在，研究人員發(fā)現(xiàn)希望合并多種系統(tǒng)的輸出和長處。但是，這些傳統(tǒng)成像系統(tǒng)中的每一個的成本成為這種合并的一個障礙，并且當(dāng)考慮在一個地點(diǎn)采用多種技術(shù)時，甚至是禁止的。例如，MRI和計算機(jī)X射線斷層造影術(shù)(CT)系統(tǒng)會花費(fèi)數(shù)百萬美元。另外，大多數(shù)傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)具有實(shí)際的復(fù)雜性，這抑制了在多成像系統(tǒng)環(huán)境中的實(shí)現(xiàn)。MRI系統(tǒng)要求在操作中在高能磁體附近不能有鐵磁類金屬。正電子輻射X線斷層攝影術(shù)(PET)的中心在位置上被限制在接近粒子加速器設(shè)備，該粒子加速器設(shè)備產(chǎn)生該技術(shù)中所使用的生命周期很短的放射性同位素。同樣，將要被成像的物體在不同成像系統(tǒng)間移動將很困難，例如，沒有由系統(tǒng)間物體的移動引起的折衷，很難維持每種系統(tǒng)提供的空間精確性。
考慮到上述情況，用于執(zhí)行多模式成像的新系統(tǒng)是所期望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于使用光的多模式成像的系統(tǒng)和方法。光成像涉及從發(fā)光物體捕獲低亮度光。低亮度光可以從物體內(nèi)的不同光源中的任何一個中發(fā)出。例如，光源可以對應(yīng)于活標(biāo)本如老鼠體內(nèi)的熒光素酶顯示細(xì)胞。照相機(jī)獲取物體表面發(fā)射的光的兩維空間分布。與照相機(jī)相連的計算機(jī)所操作的軟件可以從一個或多個圖像中將兩維(2-D)空間分布數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維(3-D)空間表示。
第二成像模式可以包括任何補(bǔ)充光成像的成像技術(shù)。例子包括核磁共振成像(MRI)、計算機(jī)X射線斷層造影術(shù)(CT)、CAT掃描、X射線、超聲波、核醫(yī)學(xué)成像如正電子輻射X線斷層攝影術(shù)(PET)、單光子發(fā)射計算的X線斷層攝影術(shù)(SPECT)、心血管成像和骨骼掃描。第二成像模式可以提供對物體或其內(nèi)部的2-D(圖示)或3-D幾何描述有幫助的空間信息。
與光成像系統(tǒng)相連的計算機(jī)所操作的軟件以及第二成像系統(tǒng)可以操作以分析和合并每種成像系統(tǒng)提供的輸出。例如，光成像系統(tǒng)特別適用于產(chǎn)生物體內(nèi)與所關(guān)心的行為相關(guān)的功能信息。可以將該功能信息與由第二成像系統(tǒng)提供的與物體內(nèi)部相關(guān)的空間信息相合并。
物體操縱系統(tǒng)將要被成像的物體在光成像系統(tǒng)和第二成像系統(tǒng)間移動。第二成像系統(tǒng)包括一個從物體操縱系統(tǒng)接收物體的接收區(qū)域。該接收區(qū)域可以對應(yīng)于或包括對物體成像的區(qū)域。例如，MRI系統(tǒng)通常包括一個穿過核磁共振成像磁體的管狀腔。管狀腔包括接收區(qū)域，操縱系統(tǒng)將物體移入管狀腔，并安置物體的位置以進(jìn)行MRI成像。為了適應(yīng)于光的密閉要求和低光成像系統(tǒng)中使用的成像室，物體操縱系統(tǒng)、光成像室，或者兩者，可以包括專用適配，如配置光密封口來保持成像室中使用的低亮度級。
一方面，本發(fā)明涉及用于提供物體內(nèi)部的多模式成像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個光成像系統(tǒng)，提供與從位于物體內(nèi)部的光源發(fā)射的光相關(guān)的光數(shù)據(jù)。該光成像系統(tǒng)包括a)一個包括一個內(nèi)腔的成像室和b)一個照相機(jī)，被配置以在物體處于該內(nèi)腔時從物體捕獲光數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還包括一個第二成像系統(tǒng)，被配置以提供物體內(nèi)部的成像數(shù)據(jù)，并具有一個接收區(qū)域，使得物體處于接收區(qū)域中時內(nèi)部可以被成像。該系統(tǒng)還包括一個物體操縱系統(tǒng)，將物體在光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和第二成像系統(tǒng)的接收區(qū)域間轉(zhuǎn)移。該系統(tǒng)還包括至少一個邏輯上與光成像系統(tǒng)、第二成像系統(tǒng)及物體操縱系統(tǒng)相連的處理設(shè)備。
另一方面，本發(fā)明涉及用于將物體放置在光成像系統(tǒng)的成像室的內(nèi)腔中的物體操縱系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個便攜式平臺，它在操作器定位平臺的過程中支撐物體。該系統(tǒng)還包括一個操作器，被配置以在成像室的內(nèi)腔和包圍成像室的周圍區(qū)域間移動該便攜式平臺。該系統(tǒng)還包括一個光密封口，被配置以連接成像室的外壁上的光密封口，以當(dāng)便攜式平臺位于成像室的內(nèi)腔中時，提供光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和成像室的外空間之間的嚴(yán)密的光密封。
再一方面，本發(fā)明涉及用于獲取樣本內(nèi)部光源的圖像表示的成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)包括一個成像室，包括a)一個內(nèi)腔，b)一個照相機(jī)支架，被配置以放置照相機(jī)，以在物體處于內(nèi)腔中時從物體捕獲光數(shù)據(jù)，c)一個成像室的外壁上的光密封口。該成像系統(tǒng)還包括一個物體操縱系統(tǒng)，包括a)一個支撐物體的便攜式平臺，b)一個操作器，被配置以在成像室的內(nèi)腔和包圍成像室的周圍區(qū)域之間移動該便攜式平臺，c)一個與操作器或便攜式平臺相關(guān)聯(lián)的光密封口，被配置以連接在成像室的外壁上的光密封口，并當(dāng)便攜式平臺位于成像室的內(nèi)腔中時，提供光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和成像室的外空間之間的嚴(yán)密的光密封。
再一方面，本發(fā)明涉及一種用于獲取物體的多模式成像數(shù)據(jù)的方法。該方法包括當(dāng)物體位于光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔中時，捕獲物體內(nèi)部的光源所發(fā)射的光數(shù)據(jù)。該方法還包括當(dāng)物體處于第二成像系統(tǒng)的接收區(qū)域內(nèi)時，獲取物體內(nèi)部部分的成像數(shù)據(jù)。該方法還包括在光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和第二成像系統(tǒng)的接收區(qū)域之間轉(zhuǎn)移物體。
參考附圖，在下面本發(fā)明的詳細(xì)描述中，將更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它特性。


在附圖中的圖示中，本發(fā)明通過實(shí)例而不是通過限制來說明，其中相同的附圖標(biāo)記用來表示類似的元件，其中圖1A說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例用于提供物體內(nèi)部的多模式成像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；圖1B說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例用于提供光和核磁共振成像(MRI)的成像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；圖2A是一個根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，適應(yīng)于產(chǎn)生物體內(nèi)部光源的2-D或3-D表示的成像系統(tǒng)的透視圖；圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的光成像的簡化說明；圖2C和2D分別說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，與安置照相機(jī)的一側(cè)相對的外壁的透視和側(cè)視圖；圖3說明了一個根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的核磁共振成像(MRI)系統(tǒng)；圖4說明了一個根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的計算機(jī)X射線斷層造影術(shù)(CT)系統(tǒng)的方框表示；圖5說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的依照正電子輻射X線斷層攝影術(shù)(PET)的成像；圖6A說明了一個根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的物體操縱系統(tǒng)；
圖6B說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的在MRI接收區(qū)域內(nèi)定位便攜式平臺的圖6A所示操作器；圖6C示出了一個根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的孔的周長周圍的第二壁，其向外延伸并基本上與壁垂直；圖6D說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的在圖6A所示光成像室的內(nèi)腔內(nèi)定位便攜式平臺的圖6A所示操作器；圖6E說明了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的光隔離密封口；圖7說明了一個根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示例性計算機(jī)系統(tǒng)；圖8說明了一個根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的用于獲取物體的多模式圖像表示的處理流程；圖9說明了一個根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的超聲波成像系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
在下面本發(fā)明的詳細(xì)描述中，提出了大量特定實(shí)施例，以提供對本發(fā)明徹底的理解。但是，正如對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言很清楚的，可以不用這些特定細(xì)節(jié)或使用可選的元件或過程來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其它實(shí)例中，已知過程、元件和設(shè)計并沒有被詳細(xì)描述，從而不至于多余地使本發(fā)明的各方面難于理解。
1.綜述圖1A說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，用于提供物體內(nèi)部的多模式成像數(shù)據(jù)的簡化系統(tǒng)1。系統(tǒng)1包括一個光成像系統(tǒng)10、一個第二成像系統(tǒng)8、一個物體操縱系統(tǒng)6、和至少一個處理器2。物體操縱系統(tǒng)6將正被成像的物體(或樣本)在光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和第二成像系統(tǒng)的接收區(qū)域之間移動。盡管現(xiàn)在主要在從兩個成像系統(tǒng)合并數(shù)據(jù)方面描述本發(fā)明，系統(tǒng)1也可能包括多于兩個系統(tǒng)，說明性實(shí)施例并不是要限制合并系統(tǒng)的數(shù)目。
光成像系統(tǒng)10涉及從發(fā)光物體捕獲低亮度光-通常處于大概103至大概1010光子/秒/平方厘米/球面度的量級。低亮度光可以從物體內(nèi)的各種光源中任何一種中發(fā)出。例如，光源可以對應(yīng)于活標(biāo)本如老鼠內(nèi)的熒光素酶顯示細(xì)胞。光源指示了樣本的各部分，例如在可能發(fā)生所關(guān)心行為的活標(biāo)本的特定部分中跟蹤的分子。
光成像系統(tǒng)10使用照相機(jī)來獲取從物體表面發(fā)出的光的兩維(2-D)空間分布。為了提供物體內(nèi)部的光源(而不是表面輻射)的詳情，處理器2運(yùn)行存儲的指令，以構(gòu)建樣本內(nèi)部光源的三維(3-D)圖像表示。這涉及將表面光的輻射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成樣本表面的內(nèi)部的光數(shù)據(jù)。用于內(nèi)部3-D光源表示的參數(shù)可以包括與源輻射強(qiáng)度、3-D位置和幾何形狀相關(guān)的細(xì)節(jié)。
第二成像系統(tǒng)8使用各種成像模式中的一種。典型的成像系統(tǒng)包括核磁共振成像(MRI)系統(tǒng)、計算機(jī)X射線斷層造影術(shù)(CT)系統(tǒng)、CAT掃描系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)、核醫(yī)學(xué)成像如正電子輻射X線斷層攝影術(shù)(PET)系統(tǒng)、單光子發(fā)射計算的X線斷層攝影術(shù)(SPECT)系統(tǒng)、心血管成像系統(tǒng)和骨骼掃描系統(tǒng)。
光成像系統(tǒng)10和第二成像系統(tǒng)8可以產(chǎn)生空間和/或功能信息。空間信息指對物體或其內(nèi)部的2-D(圖示)或3-D幾何描述有貢獻(xiàn)的信息?？臻g表示為用戶提供了樣本的2-D或3-D圖示參考。3-D幾何描述一般包括一個通過處理來自多個2-D圖像的數(shù)據(jù)而構(gòu)造的重建。功能信息是指對物體內(nèi)所關(guān)心的一個項(xiàng)目或行為有貢獻(xiàn)的信息。在一個成像實(shí)施例中，光成像系統(tǒng)10產(chǎn)生老鼠體內(nèi)的生物光源的一個2-D或3-D表示。生物光源可以對應(yīng)于老鼠體內(nèi)被跟蹤或測試的大范圍的生理學(xué)結(jié)果，如老鼠體內(nèi)的特定癌的發(fā)展跟蹤。某些成像應(yīng)用包括疊加在樣本的空間表示之上的、對來自樣本的內(nèi)部的光輻射的一個或多個表示的分析。發(fā)光表示指示了可能發(fā)生所關(guān)心行為的樣本部分。某些成像系統(tǒng)8或10既產(chǎn)生空間信息又產(chǎn)生功能信息。例如光成像系統(tǒng)10非常適用于生成結(jié)構(gòu)和功能信息。核醫(yī)學(xué)使用放射性物質(zhì)來對人體成像和治療疾病，并可以在確立診斷和治療中提供對目標(biāo)的生理學(xué)(機(jī)能)和解剖學(xué)(空間)有用的信息。
至少一個處理器2與光成像系統(tǒng)10邏輯相連，與第二成像系統(tǒng)8邏輯相連，與物體操縱系統(tǒng)6邏輯相連。通信包括向每個系統(tǒng)6、8和10發(fā)送數(shù)據(jù)，用于例如系統(tǒng)元件的控制，定位和運(yùn)動控制，圖像捕獲的管理等。通信還包括從系統(tǒng)6、8和10的元件接收數(shù)據(jù)，用于例如圖像數(shù)據(jù)獲取，元件控制反饋，校準(zhǔn)等。處理器2與存儲的軟件協(xié)作，并將每個成像系統(tǒng)提供的成像傳感數(shù)據(jù)，如光成像系統(tǒng)10的照相機(jī)輸出數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成對系統(tǒng)用戶有用的形式。
處理器2可以將光成像系統(tǒng)10和第二成像系統(tǒng)8產(chǎn)生的數(shù)據(jù)合并。由處理器2實(shí)現(xiàn)的指令的一個應(yīng)用使用表面光輻射的一個或多個圖像，重建生物體內(nèi)的生物發(fā)光或熒光光源。這提供了對例如腫瘤學(xué)、傳染性疾病研究、基因表達(dá)研究和毒理學(xué)有用的功能信息。根據(jù)本發(fā)明的光成像適用于針對具有復(fù)雜表面的物體的使用，例如動物實(shí)驗(yàn)體(如老鼠或兔子)。當(dāng)該術(shù)語被使用在文中時，復(fù)雜表面是指任何不能被單獨(dú)使用單個多邊形來描述的表面。這里使用的光重建技術(shù)對源分布也沒有限制，例如物體中的光源數(shù)目或光源的大小和形狀，對于表面的幾何形式、大小或形狀也沒有限制。并且如下所述，處理器2還將來自系統(tǒng)8的空間數(shù)據(jù)與來自系統(tǒng)10的光成像數(shù)據(jù)相合并。
2.光成像系統(tǒng)圖2A說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，用于產(chǎn)生樣本內(nèi)的光源的一個2-D或3-D圖像表示的成像系統(tǒng)10。成像系統(tǒng)10可用于多種成像任務(wù)，包括捕獲照片、發(fā)光及結(jié)構(gòu)化的光圖像。計算機(jī)28及其所包含的處理器2與成像系統(tǒng)10協(xié)作以執(zhí)行處理和成像任務(wù)，如獲取、分析及操作2-D或3-D光源表示。
圖2B說明了被照相機(jī)20和光成像系統(tǒng)10成像的哺乳動物對象302。哺乳動物組織的特性和很多其它混濁的介質(zhì)使得從對象內(nèi)的光源305發(fā)出的光向?qū)ο蟊砻?09傳播時發(fā)生光散射307，導(dǎo)致表面309上的圖像擴(kuò)散。照相機(jī)20捕獲表面109上的對象302發(fā)射的光的圖像表示。利用光散射模型和成像數(shù)據(jù)，根據(jù)存儲的指令運(yùn)行的計算機(jī)28中的處理器2可以根據(jù)一個或多個表面309的圖像，產(chǎn)生一個光源305的位置、大小及亮度的3-D表示。
表面光發(fā)射數(shù)據(jù)是指與逃離物體內(nèi)部的光相關(guān)的信息。該光一般從表面下面的物體體積處逃離。光源可以包括來自熒光素酶顯示細(xì)胞的光、來自熒光分子的熒光等。對象302通常是指各種哺乳動物對象，包括包含熒光素酶表示細(xì)胞或熒光指示體的老鼠。在一種應(yīng)用中，樣本302是一個包含發(fā)光細(xì)胞的生物標(biāo)本。因此不需要除樣本本身外的任何光源，就可以獲得最終的發(fā)光圖像。樣本302的光被記錄為一個位置函數(shù)以產(chǎn)生該發(fā)光圖像。1997年7月22日頒發(fā)給Contag等的美國專利NO.5650135中描述了一種產(chǎn)生這樣的合成照相/發(fā)光圖像的方法。共同擁有的美國專利NO.5650135包括另外的數(shù)字重疊圖像的分析應(yīng)用的例子。
參考圖2A，系統(tǒng)10使用一個光敏照相機(jī)20拍攝并處理低強(qiáng)度光源。光源的光是指波長范圍在400-950nm范圍內(nèi)的可見光到近紅外(NIR)部分光譜內(nèi)任何位置的光子和電磁能量。應(yīng)該理解系統(tǒng)10中拍攝和處理的部分亮度不易被人的視覺檢測到。例如，來自樣本的低亮度光可能具有大約103到大約1010光子/秒/平方厘米/球面度的表面輻射率。該范圍的下限通常大大低于人的檢測級別。
在所示的實(shí)施例中，成像系統(tǒng)10包括一個成像室12，用于接收發(fā)光樣本，在該樣本中將檢測低亮度光，如基于熒光酶素的光。高靈敏度照相機(jī)20，如增強(qiáng)型或電荷耦合設(shè)備(CCD)照相機(jī)，連接至該成像室12。照相機(jī)20能夠捕獲成像室12內(nèi)的樣本302的發(fā)光的、照相的(即基于反射的圖像)和結(jié)構(gòu)化的光圖像。冷卻設(shè)備22循環(huán)低溫流體以通過導(dǎo)管24冷卻照相機(jī)20。
圖像處理單元26可選地分別通過電纜30和32連接在相機(jī)20和計算機(jī)28之間。計算機(jī)28，可以是任何適用類型的，通常包括一個主單元36，其包含由處理器、存儲器元件如隨機(jī)存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)，及磁盤驅(qū)動元件(如硬盤驅(qū)動器，CD，軟盤等)構(gòu)成的硬件。計算機(jī)28還包括一個顯示器38和輸入設(shè)備如鍵盤40和鼠標(biāo)42。計算機(jī)28通過電纜34與成像室12中的各個元件相連。在另一實(shí)施例中，計算機(jī)28與成像設(shè)備被集成在單個單元中。
為了控制及與系統(tǒng)10中的元件通信，計算機(jī)28被配以硬件和軟件來控制和監(jiān)視系統(tǒng)10中的成像元件。計算機(jī)28控制的元件可以包括包含在室12中的照相機(jī)20、負(fù)責(zé)照相機(jī)聚焦的電機(jī)、照相機(jī)鏡頭、F制光圈、一個或多個與可移動平臺(未示出)連接的電機(jī)等。計算機(jī)28也與顯示器38通信以向用戶傳達(dá)成像信息并作為控制該成像系統(tǒng)10的接口。
計算機(jī)28包括用于進(jìn)行圖像處理和數(shù)據(jù)處理的適當(dāng)?shù)奶幚碛布蛙浖?，如下所述。例如，計算機(jī)28可配置以軟件來利用樣本表面的光發(fā)射測量構(gòu)造光源的3-D圖像表示。另外，計算機(jī)28可被配置以利用取自室12的內(nèi)腔中的平臺的一個或多個位置的2-D構(gòu)造的光圖像產(chǎn)生3-D表面拓樸圖。
在一個實(shí)施例中，3-D光重建技術(shù)需要生物發(fā)光表面的輻射，以及對樣本全表面的表面剖析測量。在此情況下，光成像系統(tǒng)10包括用于從多個視角和位置捕獲物體表面圖像的指令和機(jī)制。然后使用這多個位置的數(shù)據(jù)構(gòu)建物體的3-D圖像表示。系統(tǒng)10可根據(jù)下列方式3-D成像1)照相機(jī)20保持固定(當(dāng)在成像過程中用于冷卻照相機(jī)的各種電纜和補(bǔ)給線不方便移動時)；2)在成像過程中樣本保持水平；3)成像系統(tǒng)從多個視角和位置獲取物體的圖像；以及4)計算機(jī)28根據(jù)存儲在軟件中的重建指令，使用多個圖像構(gòu)建物體的3-D表面拓樸圖。
物體或動物實(shí)驗(yàn)體一般被裝載入成像室12以捕獲圖像。成像室12提供了多個選項(xiàng)以將物體加載入內(nèi)腔44。圖2C說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的成像室12的頂端透視圖。門18允許用戶手動打開和關(guān)閉該門，并將物體放在內(nèi)腔44內(nèi)。
圖2D說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的允許在成像室12的內(nèi)腔44內(nèi)自動定位平臺609的元件。圍壁103a位于接收照相機(jī)20的一個側(cè)壁對面。壁103a上的可移動接口90使得自動物體操縱系統(tǒng)6可以通過孔91將平臺609插入室12—并在室12中移動該平臺。可移動接口90包括壁103a、壁92、圓軸承93、圓軸承94和一個凹輥環(huán)95。凹輥環(huán)95限定了接收便攜式平臺609的孔91的形狀和大小。當(dāng)不使用時，一個蓋子(未顯示)可以蓋在孔91上，防止光進(jìn)入內(nèi)腔44。圓軸承93被放置在成像室壁103a和壁92之間，并允許在外固定壁103和可移動壁92之間轉(zhuǎn)動。圓軸承93允許在壁92和凹輥環(huán)95之間轉(zhuǎn)動。累積地，軸承93和94使得孔91可以相對于中心基準(zhǔn)點(diǎn)102跟蹤圓形軌道?；鶞?zhǔn)點(diǎn)102表示與平臺609的運(yùn)動相對的固定點(diǎn)，以及用于對樣本成像的公共點(diǎn)。當(dāng)它繞基準(zhǔn)點(diǎn)102轉(zhuǎn)動時，軸承93和94還使得凹輥環(huán)95和平臺609可以保持相對于外壁103恒定的角度。在一個實(shí)施例中，平臺609在繞基準(zhǔn)點(diǎn)102轉(zhuǎn)動時保持水平。軸承93和94還使得平臺609保持相對于與凹輥環(huán)95接口的機(jī)器人操作器502的底部恒定的角度。
在一個實(shí)施例中，物體操縱系統(tǒng)6被配置以在內(nèi)腔44中移動便攜式平臺609。如圖1B所示，物體操縱系統(tǒng)6包括一個軌道504和操作器502，用于移動平臺609。軌道504將平臺609運(yùn)送到光成像系統(tǒng)10附近，并使得物體操縱系統(tǒng)6可以在長距離，如房間間進(jìn)行大范圍運(yùn)動。當(dāng)成像系統(tǒng)8是一個允許少量含鐵金屬在容納MRI系統(tǒng)的房間附近或之內(nèi)的MRI系統(tǒng)時，這很適用。操作器502在每個系統(tǒng)8和10中將平臺609定位并校正。這樣，操作器502將平臺609插入孔91，并將平臺609相對于用于MRI成像系統(tǒng)8的管狀接收區(qū)域而定位。更具體地，用于光成像系統(tǒng)10，操作器502在平臺609和孔91之間建立適當(dāng)?shù)拇怪焙退蕉ㄎ?，并將平臺609通過孔91插入室12。
一旦處于室12內(nèi)部，本發(fā)明預(yù)期多種方式來在腔44中定位和移動平臺609。在一個實(shí)施例中，軸承93和94是無源的，物體操縱系統(tǒng)6例如通過操作器502，相對于基準(zhǔn)點(diǎn)102在內(nèi)腔44內(nèi)移動平臺609。在此情況下，圖2B的計算機(jī)28中的處理器使用位置控制軟件，來將用戶對平臺609的預(yù)期位置的輸入轉(zhuǎn)換成對于包含在操作器502中的電機(jī)的電機(jī)位置。在如圖2D所示的另一個實(shí)施例中，電機(jī)95a和傳感器96a被連接至軸承93，以控制壁92相對于外壁103的轉(zhuǎn)動，而電機(jī)95b和傳感器96b被連接至軸承94，以控制凹輥環(huán)95相對于壁92的轉(zhuǎn)動。在此情況下，當(dāng)電機(jī)95控制平臺的軌道位置在固定基準(zhǔn)點(diǎn)102周圍時，操作器502保持被動狀態(tài)。
可移動平臺609使得物體的光圖像，或其中一部分，可以被照相機(jī)20從成像室12內(nèi)的不同視角、角度和位置捕獲—不用再重新定位對象302的相對位置。從多個視角對樣本成像提供了對建立3-D內(nèi)部光源表示有用的額外信息。這些額外信息可以被用于約束存儲在計算機(jī)28上的軟件中的3-D重建模型，從而提供物體的更精確的3-D表示。
操作器502在腔44中定位平臺609。大量商用機(jī)器人操作器502提供了適用于定位平臺609的末端執(zhí)行器定位方法。一個通用方法使用圓輥、樹脂和偏航(yaw)接頭，使得操作器中的上游接頭可以實(shí)現(xiàn)平臺609的冗余定位。操作器502中的一個或多個上游接頭可以被配置以將平臺609移進(jìn)和移出室12。當(dāng)平臺609處于室12內(nèi)時，室12和操作器502之間的密封口有效地防止來自外空間的光進(jìn)入室12(圖6C)。
操作器502可選地包括朝向彼此基本垂直并且連接在操作器502的上游臂506上的線性傳動裝置。每個線性傳動裝置使平臺609位于一個正交方向。例如，第一線性傳動裝置為平臺609提供垂直定位，而第二線性傳動裝置為平臺609水平定位。第一線性傳動裝置206具有連接在操作器502的上游臂或底部的相對固定的部分，和一個能夠垂直線性平移的部分。第二線性傳動裝置208可具有一個連接在第一線性傳動裝置上的相對固定的部分，和一個水平線性平移的部分。一個第三線性傳動裝置還可被用于平行于地面平移平臺609，并通過孔91將平臺移進(jìn)或移出室12。一個適用于用在操作器502中的這種線性傳動裝置的例子是LC-33，由紐約州華盛頓港的湯姆森工廠制造。
系統(tǒng)1包括用于在內(nèi)腔44內(nèi)控制平臺609的閉環(huán)位置控制器。更具體地，用戶通過計算機(jī)28輸入一個或多個對平臺609的沿固定基準(zhǔn)點(diǎn)102周圍的基本上為圓形的路徑位置。作為替代，用戶可以提供平臺609相對于固定基準(zhǔn)點(diǎn)102的視角。包含在計算機(jī)28中的軟件然后將視角轉(zhuǎn)換成控制信息，以將平臺609從它的當(dāng)前位置移動到期望位置。包含在每個用于操作器502的傳動裝置中的電機(jī)接收計算機(jī)28提供的控制信號，并由此安排平臺609的位置。操作器502和操作器502中的每個接頭可包括一個與處理器計算機(jī)28邏輯相連的位置傳感器，以方便平臺609的位置反饋和控制。
適用于與本發(fā)明一起使用的光成像系統(tǒng)10可以從加拿大的Alameda的Xenogen公司獲得。多種適用于與本發(fā)明一起使用的光成像系統(tǒng)在共同擁有的未決美國專利申請，申請?zhí)枮?9/905668，發(fā)明名稱為“多視成像裝置”，發(fā)明人為D.Nilson等，申請日為2001年7月13日，來描述。適用于與本發(fā)明一起使用的3-D成像系統(tǒng)在共同擁有的未決美國專利申請，申請?zhí)枮?0/606976，發(fā)明名稱為“用于內(nèi)部光源的3-D成像的方法和裝置”，發(fā)明人為D.Stearns等，申請日為2003年7月25日，來描述。
3.第二成像系統(tǒng)在一個實(shí)施例中，第二成像系統(tǒng)是電磁共振成像(MRI)系統(tǒng)。圖3說明了一個根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的核磁共振成像(MRI)系統(tǒng)300。MRI系統(tǒng)300一般包括一個MRI機(jī)301和至少一個與MRI系統(tǒng)300的電子元件可以進(jìn)行數(shù)字通信的處理器(如圖2A的計算機(jī)28中包括的處理器)。MRI機(jī)301可以在大小、形狀和配置上做出改動，以及某些模型包括圓柱側(cè)面上的開放性。如圖所示，MRI機(jī)301包括一個穿過一個磁體304的水平管狀腔303。在此情況下，腔303從MRI機(jī)301的正面307到達(dá)背面309。水平管狀腔303一般還指磁體304的孔。要被成像的對象308放在一個被移入水平管狀腔303的平臺310上。物體操縱系統(tǒng)6確定平臺310和對象308在水平管狀腔303中的位置。要進(jìn)行的檢查的類型確定了哺乳動物樣本308是頭先進(jìn)入還是腳先進(jìn)入，以及進(jìn)到它們被放置的磁體304中多遠(yuǎn)。一旦要被掃描的樣本部分處于磁體304的磁場中心或等角點(diǎn)，則MRI掃描開始。
MRI機(jī)301可使用從大概0.5特斯拉到大概60.0特斯拉，或從大概5000到大概6000000高斯的磁體304。使用由磁體304產(chǎn)生的能量無線波脈沖，MRI機(jī)301通過沿樣本的身體逐點(diǎn)前進(jìn)，來掃描該物體及其內(nèi)部部分，建立當(dāng)前正被掃描的組織類型的2-D或3-D圖。與機(jī)器301進(jìn)行電子通信的處理器2接收磁輸出，并根據(jù)存儲的軟件指令操作以整合掃描信息，并創(chuàng)建2-D圖像或3-D模型。
MRI系統(tǒng)300提供了一個相對于其它成像特性的高級別空間信息。由MRI系統(tǒng)300產(chǎn)生的3-D模型可被用于輔助3-D光重建，例如，產(chǎn)生對將表面光發(fā)射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對象308內(nèi)部光表示有用的表面圖像表示。處理器還可以將MRI系統(tǒng)300提供的2-D或3-D空間信息與光成像系統(tǒng)10提供的3-D功能信息相結(jié)合。結(jié)合有使用上述生物發(fā)光技術(shù)來跟蹤所關(guān)心的生物學(xué)實(shí)體的能力，MRI系統(tǒng)300和光成像系統(tǒng)10使得研究人員可以通過樣本308的特定內(nèi)部部分，將生物學(xué)實(shí)體的進(jìn)展與先前無法達(dá)到的確限度和特點(diǎn)相映射。在一個應(yīng)用中，來自MRI系統(tǒng)300的空間信息被用于定位相對物體308的特定解剖結(jié)構(gòu)的3-D光數(shù)據(jù)。例如，哺乳動物樣本308內(nèi)的腫瘤的物理大小可從MRI系統(tǒng)300獲得，并被用于從光成像系統(tǒng)10提供的腫瘤精確地重建3-D光發(fā)射。
與MRI系統(tǒng)300中使用的磁場強(qiáng)度有關(guān)，可能有與MRI系統(tǒng)的使用相關(guān)的含鐵金屬的限制。在此情況下，平臺310可能沒有任何含鐵金屬部分。此外，磁體304—如包括開/關(guān)控制的基于阻性的磁體—可能在樣本轉(zhuǎn)移中被關(guān)閉。一種適用于和本發(fā)明一起使用的MRI系統(tǒng)是從馬薩諸塞州的比爾里卡的Bruker BioSpin可獲得的BrukerBiospec。
在另一個實(shí)施例中，第二成像系統(tǒng)8是一個計算機(jī)X線斷層造影(CT)系統(tǒng)。與MRI系統(tǒng)300類似，CT系統(tǒng)提供了高等級的空間信息，它可以與光成像系統(tǒng)10收集的功能信息相合并。
圖4說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的計算機(jī)X線斷層造影(CT)系統(tǒng)600的方框表示。CT系統(tǒng)600包括一個X射線CCD照相機(jī)602、一個物體操縱系統(tǒng)604、一排微焦距X射線管606、和處理器608。物體操縱系統(tǒng)604將確定在接收區(qū)域內(nèi)的平臺609上放置的物體610的位置，以使得從CCD照相機(jī)602發(fā)出的X射線可以穿過物體610。X射線然后被微焦距X射線管陣列606接收。處理器608與這些設(shè)備中的每個進(jìn)行數(shù)字通信，并從存儲的軟件執(zhí)行指令，以控制從CCD照相機(jī)602的X射線發(fā)射，定位樣本610，并處理由微焦距X射線管陣列606收集的數(shù)據(jù)。
CT系統(tǒng)600產(chǎn)生一系列固體物體的基于X射線的截面圖像。X射線強(qiáng)度輪廓測量一般被使用重建算法來處理，重建算法通過用X射線掃描的材料或部分，產(chǎn)生一個表示兩維切片或平面的圖像。切片的每個點(diǎn)對應(yīng)于材料密度。處理器608重建高分辨率的圖像，1-10μm級別的細(xì)節(jié)可以被用微焦距計算機(jī)X線斷層造影和工業(yè)微CT掃描儀檢測，得到微米范圍內(nèi)的體積單元的分辨率。CT掃描對揭示活樣本和非活樣本的內(nèi)部解剖特性和部分非常有用。
CT系統(tǒng)600還允許獲取3-D體積和/或拓?fù)鋽?shù)據(jù)。連續(xù)的截面圖像可以被堆積以形成樣本610的一部分的3-D圖像。對樣本610整體掃描使得可以建立全體積圖像。從3-D圖像數(shù)據(jù)中，可以使用軟件中的指令來找出部分邊界，并創(chuàng)建樣本610整體的或所關(guān)心的特定部分的計算機(jī)模型和表示。適用于與本發(fā)明一起使用的CT系統(tǒng)是由LLC的UT-Battelle為美國能源部管理的Oak Ridge國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)的MicroCAT。
與MRI系統(tǒng)300類似，CT系統(tǒng)600也可以提供補(bǔ)充光成像系統(tǒng)10產(chǎn)生的功能信息的高分辨率的空間信息。由CT系統(tǒng)600產(chǎn)生的3-D模型可被用于輔助3-D光重建，例如，產(chǎn)生對將表面光發(fā)射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物體外部或內(nèi)部的詳細(xì)光圖像表示有用的表面或內(nèi)部表示。處理器可以將由CT系統(tǒng)600提供的2-D或3-D空間信息與光成像系統(tǒng)10提供的2-D或3-D功能信息相合并。CT系統(tǒng)600的這種為樣本610的內(nèi)部部分產(chǎn)生高分辨率空間信息的能力對重建活動物實(shí)驗(yàn)體內(nèi)的高度詳細(xì)的生物發(fā)光或熒光光源或源分布很有幫助。例如，老鼠610內(nèi)部的三維光數(shù)據(jù)可與CT系統(tǒng)600生成的3-D結(jié)構(gòu)信息相匹配，以產(chǎn)生內(nèi)部器官的生物行為的詳細(xì)圖片?？臻g和功能信息的這種合并在腫瘤學(xué)、傳染性疾病研究、基因表達(dá)研究、毒理學(xué)中對快照成像和進(jìn)程跟蹤多有幫助。
核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)8給了研究人員和成像醫(yī)生另一種成像方式，以看到物體，如哺乳動物身體的內(nèi)部。核成像系統(tǒng)使用輻射具有已知特性的放射性粒子的放射性物質(zhì)，和一個或多個檢測放射性物質(zhì)和它們的輻射的傳感器。傳統(tǒng)的核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)包括正電子輻射X線斷層攝影術(shù)(PET)系統(tǒng)、單光子發(fā)射計算的X線斷層攝影術(shù)(SPECT)系統(tǒng)、心血管成像系統(tǒng)和骨骼掃描系統(tǒng)。這些系統(tǒng)使用放射性元素的不同特性來創(chuàng)建圖像。核醫(yī)學(xué)成像對檢測腫瘤、動脈瘤、到各種組織的不規(guī)則或不充足的血流、血細(xì)胞紊亂和器官的功能不足，如甲狀腺和肺功能缺陷，非常有用。這些核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中的任何一個，都提供了一個可選的補(bǔ)充光成像系統(tǒng)10產(chǎn)生的空間和/或功能信息的成像系統(tǒng)8。例如，光成像和核醫(yī)學(xué)成像都可以在腫瘤學(xué)應(yīng)用中檢測腫瘤。
圖5說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的依照PET系統(tǒng)的成像。PET系統(tǒng)通過檢測物體內(nèi)的放射性物質(zhì)的輻射來產(chǎn)生物體或其一部分的圖像。這些物質(zhì)被注入物體，通常被用具有很短衰變時間的放射性原子來標(biāo)記，如碳-11、氟-18、氧-15或氮-13。在PET掃描中，物體被注入放射性物質(zhì)，并被放置在平臺402上，平臺402通過環(huán)形外罩404的管狀接收區(qū)域405逐漸移動。外罩404包括一個圓形伽馬射線檢測器陣列406，該伽馬射線檢測器陣列406包括一組閃爍晶體，每個都關(guān)聯(lián)一個光電倍增管408。晶體將物體410內(nèi)部輻射的伽馬射線409轉(zhuǎn)換成光子。光電倍增管408將光子轉(zhuǎn)換并放大成電信號。這些電信號然后被與這些光電倍增管進(jìn)行數(shù)字通信的處理器處理，該處理器被配置以基于來自光電倍增管408的電信號生成圖像。平臺402然后穿過管狀接收區(qū)域405而移動，并且該過程被重復(fù)，結(jié)果得到所關(guān)心的內(nèi)部部分(如大腦、胸部、肝臟)的物體410的一系列薄切片圖像。處理器將這些薄切片圖像組裝成一個內(nèi)部部分的三維圖像表示。PET對提供血流圖像和其它生化功能的圖像特別有幫助，這取決于輻射性標(biāo)記的分子的類型。例如，PET圖可以顯示人體各區(qū)域內(nèi)的葡萄糖代謝或行為的快速變化。
單光子發(fā)射計算的X線斷層攝影術(shù)(SPECT)是一種類似于PET的技術(shù)，但是SPECT中使用的放射性物質(zhì)(氙-133、锝-99、碘-123)具有比PET中使用的物質(zhì)更長的衰減時間。SPECT系統(tǒng)非常適用于提供身體內(nèi)的血流和放射性物質(zhì)的分布的信息。它的圖像具有較低的靈敏度，并且沒有PET圖像詳細(xì)，但是SPECT系統(tǒng)比PET系統(tǒng)要便宜。由于光成像系統(tǒng)10比較昂貴，合并SPECT系統(tǒng)8和光成像系統(tǒng)10提供了低成本的多模式成像選擇。
在另一個實(shí)施例中，第二成像系統(tǒng)8包括一個超聲波成像系統(tǒng)。圖9說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的超聲波成像系統(tǒng)800。超聲波系統(tǒng)800包括一個探測器802、處理器804、探測器控制器806、存儲器808和顯示器810。
超聲波系統(tǒng)800使用探測器802在樣本610中發(fā)送高頻(例如1到5兆赫茲)聲音脈沖。探測器802生成穿過樣本610并碰到組織間的邊界(如流體與軟組織，軟組織和骨頭之間)的聲波。一些聲波反射回探測器802，而其它的繼續(xù)穿行，直到它們到達(dá)另一個邊界并被反射。探測器802檢測反射波，并將相應(yīng)的信號中繼給處理器804。探測器802的形狀確定了它的投影區(qū)域，而發(fā)射的聲波的頻率一般確定聲波可以滲透多深，以及圖像數(shù)據(jù)的解析度。在一個實(shí)施例中，探測器802使用壓電效應(yīng)生成并接收聲波。例如，探測器802可以包括一個或多個晶體元件，在多元件探測器中，每個晶體可以包括它自己的電路。多元件探測器802使得超聲波束可以通過改變每個元件的脈沖定時而“操縱”。除了可以穿過樣本610表面而移動的探測器802外，某些探測器802使得通過樣本610的開口(如直腸、食道)的插入可以更靠近被檢查的組織(如前列腺、胃)。
處理器804發(fā)送電流至確定聲波發(fā)射的探測器802，并從探測器802接收使用回波創(chuàng)建的電脈沖。處理器804使用組織中的聲速(5005英尺/秒或540米/秒)和每個回波返回的時間(一般處于百萬分之一秒的量級)，計算從探測器802到反射表面或邊界(如組織或器官)的距離。處理器804然后可以在顯示器810上顯示回波的距離和強(qiáng)度，形成一個兩維圖像。處理器804還可以被包含在包括向探測器802供電的電源的計算機(jī)系統(tǒng)中，該計算機(jī)系統(tǒng)包括任何放大器和信息處理電子器件。處理器804還將處理的數(shù)據(jù)和/或圖像存儲在存儲器808中。
探測器控制器806改變探測器802發(fā)出的聲波脈沖的幅度、頻率和持續(xù)時間。探測器控制器806還使得操作者可以設(shè)置和改變超聲波脈沖的頻率和持續(xù)時間，以及系統(tǒng)800的掃描模式。顯示器810輸出來自處理器804所提供的超聲波數(shù)據(jù)的圖像。存儲器808可以包括一個存儲所獲取的圖像和用于系統(tǒng)800獲取數(shù)據(jù)及重建2-D或3-D圖像的指令的磁盤存儲設(shè)備(硬盤、軟盤、CD)。
超聲波系統(tǒng)800可以產(chǎn)生3-D空間信息。在此情況下，通過移動探測器802跨越樣本609的表面，或旋轉(zhuǎn)插入的探測器，獲得多個2-D圖像。然后兩維數(shù)據(jù)被存儲在存儲器808中的軟件合并以形成3-D圖像。某些超聲波成像系統(tǒng)800提供的解剖和生理學(xué)結(jié)構(gòu)的2-D或3-D空間圖像解析度低到30微米。另外，用戶可以觀看和分析多個任意的平面，并執(zhí)行體積測量，例如確定腫瘤體積。適用于與本發(fā)明一起使用的超聲波系統(tǒng)包括由加拿大多倫多的VisualSonics提供的Vevo660。超聲波系統(tǒng)800也比較便宜；合并超聲波成像系統(tǒng)800和光成像系統(tǒng)10也提供了一個低成本的多模式成像選擇。
4.物體操縱系統(tǒng)物體操縱系統(tǒng)在光成像系統(tǒng)10和第二成像系統(tǒng)8之間移動將要被成像的物體。圖6A說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的一個物體操縱系統(tǒng)700。物體操縱系統(tǒng)700在光成像系統(tǒng)702的一個內(nèi)腔720和第二成像系統(tǒng)706的一個接收區(qū)域704之間移動物體701。
物體操縱系統(tǒng)700包括操作器708和一個可分離地與操作器708連接的便攜平臺710。操作器708將便攜平臺710定位在光成像系統(tǒng)702和第二成像系統(tǒng)706附近，并且可以在每一系統(tǒng)的成像或接收區(qū)內(nèi)提供便攜平臺710的精確定位和定向。如上所述，每一成像系統(tǒng)8包括一個接收物體701的接收區(qū)，其也可以對應(yīng)或包括該對象被成像的區(qū)域，如一臺MRI機(jī)的管狀空腔303。此時，處理系統(tǒng)700將物體701定位到該管狀空腔303之內(nèi)，并設(shè)置平臺710和物體701的位置以進(jìn)行MRI成像。
操作器708可以包括任意數(shù)目的臂和接頭，用于在兩個成像系統(tǒng)之間或之內(nèi)移動、定位和定向便攜平臺710。例如，多個商業(yè)機(jī)器人制造商提供了負(fù)重范圍在1kg到大約20kg范圍內(nèi)的5到6個自由度的控制器。一種適于與物體操縱系統(tǒng)700結(jié)合使用的機(jī)器人操縱器是來自馬薩諸塞州的比爾里卡的Bruker BioSpin的Denso Model VM。
如果第二成像系統(tǒng)706是一個設(shè)置在第二個房間中用于電磁目的的MRI成像系統(tǒng)，操作器708也可以包括軌道714，以能夠在房間之間總體移動。一個自動軌道接口716沿軌道714延伸并連接在操作器708的底臂718的下面。軌道接口716a)允許操作器708大范圍地移動，如在房間之間移動；和b)為底臂718的第一旋轉(zhuǎn)接頭(或機(jī)器人中的其它任意第一或底部連接)提供一個靜態(tài)參考。計算機(jī)通過一個或多個處理器進(jìn)行控制，如上所述，可用于移動和定位操作器708及自動軌道接口716?？偟膩碚f，操作器708和軌道714提供長距離的整體移動并能夠精確定位和定向便攜平臺710。
物體操縱系統(tǒng)700也可以用于在成像室712的內(nèi)腔或另一成像系統(tǒng)中精確定位物體701。圖6B說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例在一個MRI接收區(qū)定位便攜臺的圖6A所示操縱器。在該實(shí)施例中，操作器708沿MRI成像系統(tǒng)706的圓柱形中央空腔的一個中心軸定位和定向便攜平臺710。
便攜平臺710可分離地連接在操作器708的最后一個臂或連桿上，在操作器708的定位期間支撐物體701。平臺710一般指任意支撐物體701的平面或便攜桌。在一個實(shí)施例中，同一平臺710在每個成像系統(tǒng)中在成像系統(tǒng)之間移動期間支撐物體701。便攜平臺710可以包括一個用于多成像系統(tǒng)的專門的機(jī)器人末端執(zhí)行器。物體701置于便攜平臺710上并由物體操縱系統(tǒng)700定位-基本不需要在成像系統(tǒng)間移動。因此，物體操縱系統(tǒng)700可以在成像室712的內(nèi)腔720中插入并定位平臺710，從該內(nèi)腔720中移出平臺710，將平臺710轉(zhuǎn)移到第二成像室706的接收區(qū)域704，并在接收區(qū)域704中定位平臺710-完全不需要干擾物體701。這對于保持每個成像系統(tǒng)的定位準(zhǔn)確度或保持一個哺乳動物樣本701的麻醉狀態(tài)特別有利。平臺710包括由一個由非金屬圈支撐的基本上透明的網(wǎng)孔桌或線陣列(如釣絲)，以不影響MRI系統(tǒng)300的成像，以及平臺710或光成像系統(tǒng)10。
為了便于位置的準(zhǔn)確及物體在兩個成像系統(tǒng)間的參照，便攜平臺710包括一個位置可由光成像系統(tǒng)10檢測的光基準(zhǔn)和一個位置可由第二成像系統(tǒng)8檢測的第二基準(zhǔn)。固定栓及其它可靠的工具也可以用來提供空間參考信息。這些栓和工具可以標(biāo)以增加每一成像系統(tǒng)的檢測能力的項(xiàng)目。也就是說，這些標(biāo)記在測試時可進(jìn)行光學(xué)檢測并同物體701區(qū)分開。舷窗、十字、條形碼、已知的多邊形等，在便攜平臺710上具有一個已知的位置的都適合作為光成像系統(tǒng)10的位置參考。第二參考的標(biāo)記取決于第二成像系統(tǒng)8的類型。例如發(fā)光二極管標(biāo)記適用于X射線系統(tǒng)。一個MRI系統(tǒng)可以參考一個具有氫源或其它已知密度的不同材料的定位栓。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，該光成像系統(tǒng)10可檢測的參考位置和第二成像系統(tǒng)8可檢測的參考位置包括平臺710上的同一位置。
物體操縱系統(tǒng)700也非常適合定位光成像系統(tǒng)704的內(nèi)腔中的物體701。參考圖6D，室712的外壁744包括一個孔742，以使得平臺710可以進(jìn)入內(nèi)部室720。光成像室702可用于使內(nèi)腔720與成像室702外部的空間之間充分光隔離。為了適應(yīng)光成像系統(tǒng)中的光隔離的需要，物體操縱系統(tǒng)700、光成像室702、或者這二者可進(jìn)行特別的適應(yīng)性改變，如在成像室702中使用光密封材料和其它保持低光等級的部分。在一個實(shí)施例中，光處理系統(tǒng)700和成像室702包括一個輔助的圓形光密封材料以在成像室712的內(nèi)腔720和室712的外部空間之間提供一種充分的光隔離壘，而便攜臺710位于內(nèi)腔720之內(nèi)。當(dāng)成像系統(tǒng)10不使用時可以用一個塞子密封孔742。沒有這個塞子，操作器708可以通過該孔742接近內(nèi)腔720。
圖6C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例當(dāng)操作器708在內(nèi)腔720內(nèi)定位便攜平臺710時設(shè)置的一個光密封口761。壁750圍繞孔742的四周延伸，向外并垂直于壁744。壁750包括一個遠(yuǎn)邊部分，當(dāng)操作器708在內(nèi)腔720中定位便攜平臺710時，這個遠(yuǎn)邊部分基本與操作器708上的一個后壁770相鄰。
成像室712的壁748和750與操作器708的壁764和766一起形成一個捕獲空間774，其圍繞孔742的圓周延伸。這種情況下，捕獲空間774具有一個矩形橫截區(qū)，由壁748和750形成的頂點(diǎn)A正對著由壁764和766形成的頂點(diǎn)B。操縱器上的壁766，764和770與光成像壁748和750一起確定了一個捕獲空間722。
在捕獲空間772內(nèi)，壓縮材料762附在操作器708的壁764上。壓縮材料762阻止來自周圍房間的光穿透進(jìn)入到內(nèi)腔720。當(dāng)操作器708在內(nèi)腔720中定位便攜平臺710時，壓縮材料762產(chǎn)生充分的“光隔離”密封。壓縮材料762從而減少了當(dāng)操作器708在內(nèi)腔720中定位便攜平臺710時進(jìn)入到空腔720的外部光線量。在一個實(shí)施例中，當(dāng)操作器708在內(nèi)腔720中定位便攜平臺710時，環(huán)形壁770基本上沿壓縮材料762的第一側(cè)763a壓縮該壓縮材料762，壁748基本上沿另一側(cè)763b壓縮該壓縮材料762。壓縮材料762包括一種不透明的、最好是黑色的并且有彈性可變形的材料。
操作器708包括一個前壁764、一個側(cè)壁766和一個第二壁段768。環(huán)狀后壁770附在操作器708所包含的環(huán)狀壁764的一個內(nèi)表面上，以利于光成像室的密封。在一個特定實(shí)施例中，操作器708的環(huán)狀壁770具有一個當(dāng)操作器708在內(nèi)部孔腔720中定位便攜平臺710時圍繞孔742延伸的壁部分771。在另一實(shí)施例中，該壁部分771在其中由主體前壁748嚙合的第二側(cè)部分763和操作器708的環(huán)形壁770嚙合的壓縮材料762的第一側(cè)部分763a之間嚙合壓縮材料762的第四側(cè)部分763d的方向上，向主體前壁748延伸。
圖6E說明了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的光隔離封口61d。該光隔離密封口61d包括分別位于兩個通道77a和77b內(nèi)的兩個壓縮材料62d和62e。通道壁78和79都從操作器708上延伸，形成通道77a。通道77b由大體上平行的通道壁50a和50b構(gòu)成，這兩個壁都從室12的前壁48處并基本上圍繞孔91延伸。這種情況下，當(dāng)操作器708在空腔44中插入臺310時，通道壁79被容納在通道77b中。這樣，通道壁79嚙合第二壓縮材料62e以使得從主體14的外面進(jìn)入到第二通道77b的光被第二壓縮材料62e攔截。
材料62d和62e分別只填充通道77a和77b的一部分。在一個實(shí)施例中，材料62d和62e最多填充從壁70和48測量的通道75深度的3/4左右。在另一實(shí)施例中，材料62d和62e填充該通道深度的最多1/2左右。在一個特定實(shí)施例中，材料62d和62e填充該通道深度的最多1/4左右。因此，當(dāng)操作器708在空腔44中插入臺310時，互相嚙合的壁50a和50b及通道壁78和79相對它們各自的深度基本上是重疊的。任何企圖穿透光壘的光在能夠從周圍房間進(jìn)入內(nèi)腔之前需要至少六次光角度改變(包括通過壓縮材料62d和62e的四次)。
光隔離密封口61d還包括當(dāng)操作器708在空腔44中插入臺310時從操作器708向著前壁48向外延伸的操縱器側(cè)壁66。此時，操縱器側(cè)壁66周邊位于外面，并大體上平行于通道壁78和79及互相嚙合的前壁50。當(dāng)操作器708在空腔44中插入臺310時，操作器708還包括一個第二壁段68，它從側(cè)壁66開始延伸，并基本上位于前壁48附近。如圖所示，第二壁段68在相對互相嚙合的前壁50和通道壁78和79的向內(nèi)的方向上延伸。
圖6D說明了在光成像室712的內(nèi)腔720內(nèi)定位便攜平臺710的操作器708。此時，操作器708在光成像室712的內(nèi)腔720內(nèi)的兩個方向上移動便攜平臺710和其上的物體701。更具體的說，操作器708相對于室712中的照相機(jī)或公共的觀察基準(zhǔn)以環(huán)形的軌跡移動便攜平臺710。由于該物體可以可變地和多樣地位于室712內(nèi)，因此光傳輸設(shè)備711從物體向與安裝在側(cè)面的照相機(jī)20相關(guān)的公共基準(zhǔn)傳輸發(fā)射或反射的光。在一個實(shí)施例中，光傳輸設(shè)備711包括一個鏡713，它相對于公共基準(zhǔn)與平臺710一起轉(zhuǎn)動，以達(dá)到總是面對物體701并將來自平臺710上的目標(biāo)的光沿著公共基準(zhǔn)反射至固定的照相機(jī)20。這使得物體的光圖像，或其中的一部分，被照相機(jī)從成像室12內(nèi)的不同的視覺、角度和位置捕獲，而無需重新定位平臺710上的物體701或移動照相機(jī)20。
為了便于這樣的移動，成像室710的一個外壁740包括a)一個具有一個接收便攜平臺710的孔742的可移動的接口，b)一個置于外壁740和可移動接口的壁742之間的第一圓軸承741；和c)允許在壁742和物體操縱系統(tǒng)708之間旋轉(zhuǎn)的第二圓軸承。而且，圓軸承741和743能夠反方向自由旋轉(zhuǎn)-排除平臺710和室712之間的任何相對旋轉(zhuǎn)-并允許平臺710在一個軌道路徑上移動期間保持水平。
便攜平臺710允許由多個成像系統(tǒng)8和10完成成像，而不打擾物體701。對于一個動物701，翻轉(zhuǎn)動物觀察動物的腹部導(dǎo)致動物內(nèi)部器官位置的嚴(yán)重移位，這將影響觀察。每個系統(tǒng)8和10的成像及系統(tǒng)間的傳輸可能需要很多時間。得到一個發(fā)光圖像表示也可能需要更長的周期進(jìn)行圖像捕獲，如幾分鐘。為了防止在成像期間活體樣本的移動，物體操縱系統(tǒng)700可能包括一個麻醉輸送系統(tǒng)，向出口輸送麻醉氣體給一個或多個活體樣本。該麻醉輸送系統(tǒng)對于在成像系統(tǒng)間傳輸麻醉活體樣本也是有用的。一個示例性的適用于與本發(fā)明一起使用的麻醉輸送系統(tǒng)和氣體輸送系統(tǒng)在共同擁有的未決美國專利NO.10/081040(代理機(jī)構(gòu)卷號為XENOP008)，標(biāo)題為“多輸出麻醉系統(tǒng)”，申請人為Richard George Dalgetty等，申請日為2002年2月20日中進(jìn)行了描述。
這里描述的成像技術(shù)是和適用的處理器或基于計算機(jī)的裝置一起實(shí)現(xiàn)的。參考圖7，一個示意性計算機(jī)系統(tǒng)350包括一個中央處理器(CPU)352、只讀存儲器(ROM)354、隨機(jī)存取存儲器(RAM)356、擴(kuò)展RAM 358、輸入/輸出(I/O)電路360、顯示部件362、輸入設(shè)備364和擴(kuò)展總線366。計算機(jī)系統(tǒng)350還可選地包括一個大容量存儲單元368，例如一個硬盤驅(qū)動單元或非易失存儲器如閃存，和一個實(shí)時時鐘360。大容量存儲器368可包括使用可移動計算機(jī)可讀介質(zhì)的單元，例如軟盤、光磁介質(zhì)、光介質(zhì)等用于存儲程序和數(shù)據(jù)的介質(zhì)。
CPU 352最好是一個商用微處理器，如Intel(包括PentiumTM)或Motorola系列的芯片，精簡指令集計算機(jī)(RISC)芯片，如從Motorola公司可得到的PowerPCTM微處理器，或任何其它適用處理器中的任何一個。CPU 352被通過數(shù)據(jù)總線372、控制總線374和地址總線376連接至ROM 354。ROM 354可部分地包含用于計算機(jī)系統(tǒng)350的基本操作系統(tǒng)。CPU 352還被通過總線372、374和376連接至RAM 356，使得可以將RAM 356用作高速暫存存儲器。擴(kuò)展RAM358被可選地連接至RAM 356以被CPU 352使用。CPU 352還被通過數(shù)據(jù)總線372、控制總線374和地址總線376連接至I/O電路360，以可以與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
通過合適的I/O輸入，CPU 352與光成像系統(tǒng)10邏輯相連，與第二成像系統(tǒng)8邏輯相連，并與物體操縱系統(tǒng)6邏輯相連。CPU 352根據(jù)存儲的指令操作，以將第二成像系統(tǒng)8提供的空間信息與光成像系統(tǒng)10提供的信息相合并。ROM 354可存儲圖像處理指令。ROM 354還可以存儲協(xié)議，用以根據(jù)多模式成像系統(tǒng)需要的定位，控制物體操縱系統(tǒng)6，例如存儲根據(jù)用于成像的定位指令命令機(jī)器人移動的專用機(jī)器人控制命令。
I/O電路360一般包括大量鎖存器、寄存器和直接存儲器訪問(DMA)控制器。I/O電路360的目的是提供一個CPU 352與這些外圍設(shè)備，如成像系統(tǒng)8和10中的顯示部件362、輸入設(shè)備364、大容量存儲器368、和/或任何其它I/O設(shè)備之間的接口。I/O電路360還可以包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器、以及其它用于控制和接收來自I/O設(shè)備的反饋數(shù)據(jù)的控制電路。計算機(jī)系統(tǒng)350的顯示部件362是用于顯示物體和數(shù)據(jù)的其他可視表示的輸出設(shè)備。
顯示部件362的屏幕可以是一個使用陰極射線管(CRT)、液晶顯示(LCD)等的、其類型可從大量制造商處獲得的設(shè)備。輸入設(shè)備364可以是鍵盤、鼠標(biāo)、與位置感應(yīng)顯示器一起工作的指示筆等。可選地輸入設(shè)備364可以是由“有源”RF指示筆激活的嵌入式RF數(shù)字轉(zhuǎn)換器。作為另一個選項(xiàng)，輸入設(shè)備364可以是能夠?qū)y試體的響應(yīng)傳給計算機(jī)系統(tǒng)350的任何類型的開關(guān)。因此，如文中所使用的術(shù)語“輸入設(shè)備”是指任何能夠與輸入數(shù)據(jù)和/或在計算機(jī)顯示器的屏幕上指示特定位置的機(jī)制或設(shè)備?？梢詾榭刂朴嬎銠C(jī)350提供一個或多個輸入設(shè)備，以從測試體接收響應(yīng)。上述輸入設(shè)備可以從各種廠家獲得，并且在本領(lǐng)域總所周知。
某些類型的大容量存儲器368被普遍認(rèn)為是所希望采用的。但是，可以通過提供足夠數(shù)量的RAM 356和擴(kuò)展RAM 358以存儲用戶應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)，從而省去大容量存儲器368。在該情況下，可以可選地為RAM 356和358提供備份電池以防止當(dāng)計算機(jī)系統(tǒng)350關(guān)閉時數(shù)據(jù)丟失。但是，通常期望具有某些類型的長期大容量存儲器368，如商用硬盤驅(qū)動器、非易失存儲器，如閃存，電池支持的RAM、PC數(shù)據(jù)卡等。
不管計算機(jī)系統(tǒng)350的配置如何，它可以使用一個或多個被配置以存儲用于機(jī)器人控制、獲取光源的三維表示、以及這里描述的本發(fā)明的其它成像功能的程序指令的存儲器或存儲器模塊。這種存儲器還可以被配置以存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、成像數(shù)據(jù)或其它文中描述的特定非程序信息。應(yīng)該記住，盡管這里在某些細(xì)節(jié)上討論了計算機(jī)系統(tǒng)350以便利描述，但可以使用各種適合的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)來實(shí)施本發(fā)明。一般說來，任何適合的計算機(jī)系統(tǒng)都可以被用來獲取位于樣本內(nèi)部的光源的三維表示。
因?yàn)樾畔⒑统绦蛑噶羁梢员挥脕韺?shí)現(xiàn)這里所述的系統(tǒng)/方法，本發(fā)明涉及計算機(jī)可讀介質(zhì)，其中介質(zhì)包括用于執(zhí)行文中所述的各種操作的程序指令、狀態(tài)信息等。計算機(jī)可讀介質(zhì)的例子包括(但并不限于)磁介質(zhì)，如硬盤、軟盤和磁帶，光介質(zhì)，如CD-ROM盤，磁光介質(zhì)，如光磁軟盤，和特別配置的用以存儲和執(zhí)行程序指令的硬件設(shè)備，如只讀存儲器設(shè)備(ROM)和隨機(jī)存取存儲器(RAM)。程序指令的例子包括，機(jī)器代碼，如由編譯器產(chǎn)生，和包含由計算機(jī)使用解釋器而執(zhí)行的高級代碼的文件。
圖8說明了一個根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，用于獲取物體的多種類型的圖像數(shù)據(jù)處理流程900。根據(jù)本發(fā)明的過程可以包括文中未描述或說明的用以不混淆本發(fā)明的多個額外步驟。
處理流程900通過當(dāng)物體位于光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔中時，捕獲從物體內(nèi)部的光源發(fā)出的光數(shù)據(jù)而開始(902)。對于成像系統(tǒng)10，表面光發(fā)射數(shù)據(jù)包含在由照相機(jī)20捕獲的圖像中。圖像包括表面的一個或多個部分上的光發(fā)射的測量集。在一個實(shí)施例中，樣本的多個圖像從相對于照相機(jī)的樣本的多個視圖中獲得。在此情況下，每個圖像提供了來自樣本的表面光發(fā)射的不同的兩維視圖。可以拍攝多個圖像以從多個角度提供額外數(shù)據(jù)。
然后，處理流程900通過當(dāng)物體位于第二程成像系統(tǒng)的接收區(qū)時，獲取物體的內(nèi)部部分的成像數(shù)據(jù)而繼續(xù)(904)。當(dāng)?shù)诙上裣到y(tǒng)是一個核磁共振成像系統(tǒng)時，獲得的成像數(shù)據(jù)包括使用核磁共振成像磁體接收的成像數(shù)據(jù)。對于計算機(jī)X射線斷層成像系統(tǒng)，獲得的成像數(shù)據(jù)一般包括使用一系列檢測從物體發(fā)出的X射線的X射線傳感器接收的成像數(shù)據(jù)。
應(yīng)該理解，光成像或第二成像系統(tǒng)中的成像的出現(xiàn)沒有順序。不管先使用哪一個成像系統(tǒng)，物體在光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和第二成像系統(tǒng)的接收區(qū)之間被轉(zhuǎn)移(906)。在一個實(shí)施例中，在實(shí)際上在物體所放置的便攜式平臺上不移動物體的情況下，發(fā)生轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)換還可以包括當(dāng)便攜式平臺位于光成像室的內(nèi)腔中時，使用包括在物體操縱系統(tǒng)中的光密封口來密封光成像室。
處理流程900還可以合并每個成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。例如，可以使用軟件和用戶輸入來合并核磁共振成像系統(tǒng)提供的空間數(shù)據(jù)和光成像系統(tǒng)提供的功能數(shù)據(jù)。在某些情況下，軟件可以合并MRI或計算機(jī)X射線斷層造影系統(tǒng)提供的三維空間信息和光成像系統(tǒng)提供的三維功能信息。
可以使用3-D光重建技術(shù)來重建從樣本表面發(fā)出的光數(shù)據(jù)。重建技術(shù)使用提供了樣本的幾何形狀信息和來自樣本表面的光發(fā)射的空間分布的數(shù)據(jù)。這種可能包含的數(shù)據(jù)包括a)樣本表面的圖像表示(例如來自第二系統(tǒng)8)，和b)至少一部分表面上的光發(fā)射的一組測量(如圖像)。用于此數(shù)據(jù)的一種格式包括(1)確定了樣本表面的圖像表面表示，(2)來自樣本表面的一組光發(fā)射圖像，(3)一組確定了樣本和每個圖像間的空間關(guān)系的參數(shù)。然后，3-D光重建包括將表面光圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物體表面內(nèi)部的光數(shù)據(jù)，以獲得內(nèi)部光源的三維圖像表示。這可包括創(chuàng)建一組物體內(nèi)的體積單元。
還可以通過第二成像系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)化光技術(shù)來獲得表面圖像表示。例如，計算機(jī)X射線斷層成像系統(tǒng)8提供的三維空間信息，可以用于構(gòu)建表面圖像表示。為了便于光的3-D光重建，表面圖像表示被分為表面單元或一個適用的近似于樣本的實(shí)際表面的表面網(wǎng)格。例如，表面網(wǎng)格可以由一組連接的多邊形來定義，其中每個多邊形是一個表面單元。表面單元的數(shù)目根據(jù)物體的大小和預(yù)期的解析精度而變。通過增加表面單元的數(shù)目，通常可以提高表面圖像表示的精度。
盡管本發(fā)明通過多個優(yōu)選實(shí)施例的形式進(jìn)行了描述，但是有各種變換、改變和等價物，它們均落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)，處于簡要的目的而被忽略。例如，盡管希望成像室12能夠以物體的多個選項(xiàng)進(jìn)入內(nèi)腔44，但應(yīng)該理解，本發(fā)明還包括僅一種形式的進(jìn)入(例如，手工進(jìn)入或自動進(jìn)入，而非兩者同時)。因此本發(fā)明的范圍應(yīng)該參考附屬權(quán)利要求書而確定。
權(quán)利要求
1.一種用于提供物體的內(nèi)部部分的多種類型的成像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個光成像系統(tǒng)，用于提供與從位于物體內(nèi)部的光源發(fā)射的光相關(guān)的光數(shù)據(jù)，并包括一個包括一個內(nèi)腔的成像室，和一個照相機(jī)，被配置以在物體處于該內(nèi)腔時從物體捕獲光數(shù)據(jù)；一個第二成像系統(tǒng)，被配置以提供物體內(nèi)部的成像數(shù)據(jù)，并具有一個接收區(qū)域，使得物體處于該接收區(qū)域中時內(nèi)部可以被成像；以及一個物體操縱系統(tǒng)，用于將物體在光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和第二成像系統(tǒng)的接收區(qū)域之間轉(zhuǎn)移。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第二成像系統(tǒng)是一個核磁共振成像系統(tǒng)，包括一個穿過核磁共振成像磁體的管狀腔，該管狀腔包括當(dāng)物體放置在包含在物體操縱系統(tǒng)中的平臺上時用于接收物體的接收區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括至少一個處理設(shè)備，與光成像系統(tǒng)邏輯相連，與第二成像系統(tǒng)邏輯相連，并與物體操縱系統(tǒng)邏輯相連，其中所述處理器將第二成像系統(tǒng)提供的信息和光成像系統(tǒng)提供的信息進(jìn)行合并。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述處理器將核磁共振成像系統(tǒng)提供的空間信息和光成像系統(tǒng)提供的功能信息進(jìn)行合并。
5.如權(quán)利要求2或4所述的系統(tǒng)，其中物體操縱系統(tǒng)包括一個沒有金屬部分的便攜式平臺。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第二成像系統(tǒng)是一個計算機(jī)X射線斷層成像系統(tǒng)，包括一個X射線產(chǎn)生器，被配置以當(dāng)物體放置在包含在物體操縱系統(tǒng)中并位于接收區(qū)域內(nèi)的便攜式平臺上時，發(fā)射穿過物體的X射線；以及接收X射線的X射線傳感器陣列。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，還包括一個處理設(shè)備，與光成像系統(tǒng)邏輯相連，與第二成像系統(tǒng)邏輯相連，并與物體操縱系統(tǒng)邏輯相連，其中所述處理器將計算機(jī)X射線斷層造影系統(tǒng)提供的空間信息和光成像系統(tǒng)提供的功能信息進(jìn)行合并。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述處理器將計算機(jī)X射線斷層造影系統(tǒng)提供的三維空間信息和光成像系統(tǒng)提供的三維功能信息進(jìn)行合并。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中物體操縱系統(tǒng)包括一個在光成像系統(tǒng)中的光成像過程中以及在第二成像系統(tǒng)中的成像過程中支撐物體的便攜式平臺。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中物體操縱系統(tǒng)被配置以在便攜式平臺上實(shí)際上不移動物體的情況下，在光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和第二成像系統(tǒng)的接收區(qū)域之間轉(zhuǎn)移物體。
11.如權(quán)利要求1、2或6所述的系統(tǒng)，其中第二成像系統(tǒng)被配置以產(chǎn)生內(nèi)部部分的空間信息。
12.如權(quán)利要求1或9所述的系統(tǒng)，其中成像室被配置以使得內(nèi)腔與成像室外部的空間之間充分光密閉。
13.如權(quán)利要求1或9所述的系統(tǒng)，還包括一個包含在物體操縱系統(tǒng)內(nèi)的光密封口，被配置以連接成像室的外壁上的光密封口，并當(dāng)便攜式平臺位于成像室的內(nèi)腔中時，提供光成像室的內(nèi)腔與光成像室的外部空間之間的充分的光隔離密封。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中物體操縱系統(tǒng)在成像室的內(nèi)腔中移動物體。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中成像室的外壁包括一個可移動接口，包括一個接收通過其中的便攜式平臺的孔；一個放置在外壁和可移動接口的一個壁之間的第一圓軸承，使得可以在外壁和可移動接口的所述壁之間轉(zhuǎn)動。一個第二圓軸承，使得可以在可移動接口的所述壁和物體操縱系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)動。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中被成像的物體在大約103至大約1010光子/秒/平方厘米/球面度范圍內(nèi)輻射。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第二成像系統(tǒng)是一個核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，包括一個或多個檢測由物體內(nèi)部的放射性物質(zhì)產(chǎn)生的放射性輻射的傳感器。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)是正電子輻射X線斷層攝影術(shù)系統(tǒng)和單光子發(fā)射計算的X線斷層攝影術(shù)系統(tǒng)中的一個。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中第二成像系統(tǒng)是一個正電子輻射X線斷層攝影術(shù)系統(tǒng)，包括一個圓形伽馬射線檢測器陣列，其包括每個都與光電倍增管相連的一組閃爍晶體。
20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第二成像系統(tǒng)是一個超聲波成像系統(tǒng)，包括一個探測器，被配置以生成穿過物體的聲波，并被配置以檢測物體中生成的反射波。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中超聲波成像系統(tǒng)還包括一個處理器，被配置以向探測器發(fā)送用于確定發(fā)自探測器的聲波輻射的電流，并被配置以使用物體中的聲速計算從探測器到反射表面之間的距離。
22.一種用于將物體放置在光成像系統(tǒng)的成像室的內(nèi)腔中的物體操縱系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個在操作器定位平臺的過程中支撐物體的便攜式平臺；一個操作器，被配置以在成像室的內(nèi)腔和包圍成像室的周圍區(qū)域之間移動該便攜式平臺；一個光密封口，被配置以連接成像室的外壁上的光密封口，并被配置以當(dāng)便攜式平臺位于成像室的內(nèi)腔中時，提供光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和成像室的外部空間之間的充分的光隔離密封。
23.如權(quán)利要求22所述的物體操縱系統(tǒng)，其中控制器被配置以在光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔內(nèi)移動便攜式平臺。
24.如權(quán)利要求23所述的物體操縱系統(tǒng)，其中物體操縱系統(tǒng)在光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔內(nèi)在兩維內(nèi)移動物體。
25.如權(quán)利要求22或23所述的物體操縱系統(tǒng)，其中便攜式平臺不包括含鐵金屬部分。
26.如權(quán)利要求22、23或25所述的物體操縱系統(tǒng)，其中被成像物體在大約103至大約1010光子/秒/平方厘米/球面度范圍內(nèi)輻射。
27.如權(quán)利要求22所述的物體操縱系統(tǒng)，其中操作器被配置以使得可以在一個穿過成像室的軸的周圍進(jìn)行被動轉(zhuǎn)動。
28.如權(quán)利要求22、23、25或26所述的物體操縱系統(tǒng)，其中便攜式平臺支撐物體的一部分是基本透明的。
29.如權(quán)利要求28所述的物體操縱系統(tǒng)，其中所述部分包括一個基本透明的線陣列。
30.如權(quán)利要求22所述的物體操縱系統(tǒng)，還包括一個氣體輸送系統(tǒng)，被配置以向至少一個氣體輸送出口輸送麻醉氣體，該輸送出口在物體放置在便攜式平臺上時將麻醉氣體提供給物體。
31.如權(quán)利要求22所述的物體操縱系統(tǒng)，還包括一個位置可由光成像系統(tǒng)檢測的光參考，以及一個位置可由第二成像系統(tǒng)檢測的第二參考。
32.一種用于獲取物體內(nèi)部光源的圖像表示的成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括一個成像室，包括a)一個內(nèi)腔b)一個照相機(jī)支架，被配置以放置照相機(jī)，以在物體處于內(nèi)腔時從物體捕獲光數(shù)據(jù)，和c)一個位于成像室的外壁上的光密封口；以及一個用于在成像室的內(nèi)腔中定位物體的物體操縱系統(tǒng)，該物體操縱系統(tǒng)包括a)一個支撐物體的便攜式平臺，和b)一個操作器，被配置以在成像室的內(nèi)腔和包圍成像室的周圍區(qū)域之間移動該便攜式平臺，和c)一個光密封口，被配置以連接成像室的外壁上的光密封口，并當(dāng)便攜式平臺位于成像室的內(nèi)腔中時，提供光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和成像室的外部空間之間的充分的光隔離密封。
33.如權(quán)利要求32所述的成像系統(tǒng)，其中成像室包括一個可移動接口，其具有一個具有孔的壁，該孔接收通過其中的便攜式平臺；一個放置在外壁和可移動接口的所述壁之間的第一圓軸承，使得可以在外壁和可移動接口的所述壁之間轉(zhuǎn)動。一個第二圓軸承，使得可以在可移動接口的所述壁和物體操縱系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)動。
34.一種用于獲取物體的多種類型的成像數(shù)據(jù)的方法，該方法包括當(dāng)物體位于光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔中時，捕獲物體內(nèi)部的光源所發(fā)射的光數(shù)據(jù)；當(dāng)物體處于第二成像系統(tǒng)的接收區(qū)域內(nèi)時，獲取物體內(nèi)部部分的成像數(shù)據(jù)；以及在光成像系統(tǒng)的內(nèi)腔和第二成像系統(tǒng)的接收區(qū)域之間轉(zhuǎn)移物體。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中在實(shí)際上在內(nèi)腔和接收區(qū)域中支撐物體的便攜式平臺上不移動物體的情況下，進(jìn)行轉(zhuǎn)移。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其中第二成像系統(tǒng)是一個核磁共振成像系統(tǒng)。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括合并核磁共振成像系統(tǒng)提供的空間信息和光成像系統(tǒng)提供的功能信息。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括合并核磁共振成像系統(tǒng)提供的三維空間信息和光成像系統(tǒng)提供的三維功能信息。
39.如權(quán)利要求34所述的方法，其中第二成像系統(tǒng)是一個計算機(jī)X射線斷層成像系統(tǒng)，并且獲取的成像數(shù)據(jù)包括使用用于檢測從物體發(fā)射的X射線的X射線傳感器陣列所接收的成像數(shù)據(jù)。
40.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括合并計算機(jī)X射線斷層成像系統(tǒng)提供的空間信息和光成像系統(tǒng)提供的功能信息。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，還包括合并計算機(jī)X射線斷層成像系統(tǒng)提供的三維空間信息和光成像系統(tǒng)提供的三維功能信息。
42.如權(quán)利要求34、36或39所述的方法，還包括當(dāng)便攜式平臺位于成像室的內(nèi)腔中時，使用被配置以連接成像室的外壁上的光密封口的、包括在物體操縱系統(tǒng)中的光密封口來密封成像室。
43.如權(quán)利要求34、36或39所述的方法，還包括在成像室的內(nèi)腔中移動物體。
44.如權(quán)利要求34、36或39所述的方法，其中當(dāng)物體被成像時，光成像室的內(nèi)腔包含大約103至大約1010光子/秒/平方厘米/球面度之間。
45.如權(quán)利要求34、36或39所述的方法，還包括將表面光圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物體表面內(nèi)部的光數(shù)據(jù)，以獲得光源的三維圖像表示。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，還包括從第二成像系統(tǒng)獲得物體的解剖信息，并使用解剖信息獲得位于物體內(nèi)的光源的三維圖像表示。
全文摘要
文中描述的本發(fā)明提供了用于使用光進(jìn)行多模式成像和第二種形式的成像的系統(tǒng)和方法。光成像涉及從發(fā)光體捕獲低亮度光。照相機(jī)獲得從物體表面發(fā)射的光的兩維空間分布。然后，由與照相機(jī)相連的計算機(jī)操作的軟件可以將兩維空間分布數(shù)據(jù)從一個或多個圖像轉(zhuǎn)換成三維空間表示。第二種成像模式可包括補(bǔ)充光成像的任何成像技術(shù)。例子包括核磁共振成像(MRI)和計算機(jī)X射線斷層造影(CT)。物體操縱系統(tǒng)在光成像系統(tǒng)和第二成像系統(tǒng)間移動要被成像的物體，并被配置以與每個系統(tǒng)相連。
文檔編號A61B5/05GK1842294SQ200480024375
公開日2006年10月4日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月1日
發(fā)明者麥克爾·D.·卡貝爾, 布雷德利·W.·萊斯, 戴維·尼爾森 申請人:色諾根公司