一種集成光聲與x射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)源發(fā)射設(shè)備，用于分別發(fā)射X射線和激發(fā)光光源以對樣本進行照射；數(shù)據(jù)采集設(shè)備，用X射線探測器探測經(jīng)過樣本的X射線劑量，以及用光聲探測器接收樣本激發(fā)出的光聲信號；控制及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于控制滾筒的旋轉(zhuǎn)獲得不同角度的投影數(shù)據(jù)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中滾筒上固定數(shù)據(jù)源發(fā)射設(shè)備和數(shù)據(jù)采集設(shè)備；數(shù)據(jù)處理設(shè)備，用于對采集到的各模態(tài)數(shù)據(jù)進行后處理。本發(fā)明能夠快速地得到成像樣本的生物信息，在物理位置上克服了模態(tài)間的相互影響，同時也能使成像樣本的不同模態(tài)數(shù)據(jù)在物理位置上得以良好的融合。
【專利說明】一種集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)分子影像領(lǐng)域，特別涉及一種集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光聲成像技術(shù)是新發(fā)展起來的一種非入侵式和非電離式的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，光聲成像技術(shù)基于光聲效應(yīng)，它結(jié)合了純光學(xué)成像具有的高對比度特性和純超聲成像具有的高分辨率、低衰減、高穿透特性，能夠在一定的深度下獲得高的圖像分辨率和對比度，圖像傳遞的信息量大，可以提供形態(tài)及功能信息。近年來，光聲成像技術(shù)獲得迅速發(fā)展，并成為當(dāng)今國際研究的前沿?zé)狳c課題，目前已在生物組織成像中得到廣泛應(yīng)用，如腫瘤檢測、血管成像、腦功能成像等相關(guān)研究。
[0003]X射線斷層成像可以得到各種不同密度物質(zhì)的影像，可提供高分辨率的組織結(jié)構(gòu)信息。
[0004]但是，單一的成像技術(shù)不能提供生物體全面的生理病理信息。因此，多模態(tài)成像成為了目前生物醫(yī)學(xué)成像的發(fā)展趨勢。利用高分辨率的X射線斷層成像可以實現(xiàn)組織的精確定位，獲得精確的結(jié)構(gòu)信 息；光聲成像則可以提供光譜選擇性的組織生理和病理改變的功能信息。因此，有必要實現(xiàn)集成X射線斷層成像與光聲成像雙模態(tài)于同一個系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，提出一種集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)源發(fā)射設(shè)備，用于分別發(fā)射X射線和激發(fā)光光源以對樣本進行照射；數(shù)據(jù)采集設(shè)備，用X射線探測器探測經(jīng)過樣本的X射線劑量，以及用光聲探測器接收樣本激發(fā)出的光聲信號；控制及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于控制滾筒的旋轉(zhuǎn)獲得不同角度的投影數(shù)據(jù)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中滾筒上固定有所述數(shù)據(jù)源發(fā)射設(shè)備和數(shù)據(jù)采集設(shè)備；數(shù)據(jù)處理設(shè)備，用于對數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的各模態(tài)數(shù)據(jù)進行處理。
[0007]本發(fā)明能夠同機實現(xiàn)光聲成像、X射線斷層成像的多模態(tài)影像獲取，能同時、快速地得到成像樣本的生物信息，并能使成像樣本的不同模態(tài)數(shù)據(jù)在物理位置消除相互影響的前提下得以良好融合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)備。
[0009]圖2為本發(fā)明集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)中樣本承載設(shè)備的示意圖。
[0010]圖3為本發(fā)明集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)的使用步驟流程圖?！揪唧w實施方式】
[0011]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。[0012]下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案中所涉及的各個細節(jié)問題。應(yīng)指出的是，所描述的實例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
[0013]本發(fā)明提供了一種集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實時、無損的生物體光聲成像和X射線斷層成像的多模態(tài)影像獲取，能快速地得到成像樣本的生物信息，在物理位置上克服了模態(tài)間的相互影響，同時也能使成像樣本的不同模態(tài)數(shù)據(jù)在物理位置上得以良好的融合。最終結(jié)合可視化技術(shù)對成像結(jié)果進行立體繪制，使用戶能直觀地看到三維斷層成像結(jié)果并對其作定位與定量等分析。
[0014]下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明的分離式多模融合三維斷層成像系統(tǒng)和方法。圖1為本發(fā)明集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)源發(fā)射設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、控制及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備。
[0015]數(shù)據(jù)源發(fā)射設(shè)備用于分別發(fā)射X射線和激發(fā)光光源對樣本進行照射，用X射線、激發(fā)光分別于樣本組織進行作用。
[0016]數(shù)據(jù)源發(fā)射設(shè)備進一步包括:激發(fā)光光源子設(shè)備，即激光器，用于產(chǎn)生激發(fā)光照射樣本，使樣本產(chǎn)生光聲信號；χ射線源，用于產(chǎn)生X射線掃描樣本，是樣本組織與X射線相互作用。
[0017]數(shù)據(jù)采集設(shè)備用于采集經(jīng)過與樣本組織作用后的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括X射線探測器探測經(jīng)過樣本的X射線劑量，以及光聲探測器接受樣本激發(fā)出的光聲信號。
[0018]數(shù)據(jù)采集設(shè)備進一步包括:光聲信號采集子設(shè)備，即光聲探測器，用于采集樣本所發(fā)出的光聲信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號；χ射線數(shù)據(jù)采集子設(shè)備，即X射線探測器，用于采集經(jīng)過樣本后的X射線信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號；平移式載物臺，用于承載樣本，并且可以受控的平行移動到相應(yīng)測量模態(tài)的區(qū)域，消除不同模態(tài)測量之間的干擾。在平移式載物臺上放置一樣本容器，該樣本容器例如可以是透明水槽，成像樣本被放置其中。平移式載物臺與機動滾筒本體的穿過圓心的水平橫切面在同一個平面上；機動滾筒本體子設(shè)備，用于固定上述激光器、X射線源、X射線探測器以及電機轉(zhuǎn)臺等，使得在系統(tǒng)運行時可以獲得樣本不同角度的數(shù)據(jù)信息。如圖1所示，為了將各個子設(shè)備進行物理隔離，可以將X射線源和X射線探測器固定安裝在滾筒的左側(cè)，將激光器和光聲信號采集子設(shè)備安裝在滾筒的右側(cè)，在滾筒的中心安裝一隔離鉛板，該隔離鉛板可受控開啟或關(guān)閉。開啟用于將樣本處于不同的成像區(qū)域，從而分別采集X射線投影數(shù)據(jù)和光聲數(shù)據(jù)；關(guān)閉用于樣本在某一成像區(qū)域時能夠隔離于另一個區(qū)域，從而使X射線數(shù)據(jù)的采集和光聲數(shù)據(jù)的采集不會互相影響。
[0019]控制及數(shù)據(jù)傳輸(即包含于中央主機中)，用于控制平移式載物臺的空間位置(gp使被測樣本可以分別獨立的采集X射線信號和光聲信號)，以及控制滾筒的旋轉(zhuǎn)獲得不同角度的X射線投影數(shù)據(jù)和光聲圖像數(shù)據(jù)，并傳輸給計算機。該設(shè)備主要包括控制單元和數(shù)據(jù)傳輸單元，并提供一個可視化的操作界面，供用戶根據(jù)需求對設(shè)備進行便捷的交互操作。
[0020]數(shù)據(jù)處理設(shè)備(即包含于中央主機中)，對采集到的各模態(tài)數(shù)據(jù)進行處理，三維重建出樣本的結(jié)構(gòu)信息和光吸收分布信息。[0021]在數(shù)據(jù)采集過程中，平移式樣本承載臺由控制及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備控制運動到相應(yīng)位置，并且轉(zhuǎn)筒中間的鉛板隔離區(qū)開啟，防止X射線對光聲成像區(qū)的儀器造成損傷；當(dāng)進行光聲成像時，控制及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備控制開啟滾筒中間的隔離區(qū)，平移式樣本承載臺運動到光聲成像區(qū)。
[0022]圖3為本發(fā)明集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)的使用步驟流程圖，參照圖3，包括以下各步驟:
[0023]步驟1:放置成像樣本。將成像樣本(圖2中以小動物為例)放置在成像樣本承載臺透明水槽內(nèi)，在水槽中加入聲耦合液，如圖2所示，在水平向上調(diào)整樣本臺的位置，使成像樣本位于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒的圓心處。由于成像樣本承載臺與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒是分離的，故在后續(xù)步驟中當(dāng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)時，成像樣本始終保持水平靜止。
[0024]步驟2:隔離模態(tài)區(qū)域。用中央主機控制轉(zhuǎn)筒中間的可控鉛門，使其關(guān)閉，將X射線三維斷層成像模態(tài)和光聲成像模態(tài)的兩個成像區(qū)域用鉛門隔離開來，使不同模態(tài)的數(shù)據(jù)不會互相干擾。同時，在下一步驟中X射線源發(fā)射時不會對光聲成像部分的儀器造成高能射線損害。
[0025]步驟3:采集X射線三維斷層成像數(shù)據(jù)。用中央主機控制X射線源和X射線探測板的開啟，同時給轉(zhuǎn)筒上的驅(qū)動電機發(fā)送工作命令，包括旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)步長、旋轉(zhuǎn)時間等。此時，X射線探測板就會接收通過成像樣本的X射線數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給中央主機，以備數(shù)據(jù)處理。
[0026]步驟4:切換系統(tǒng)工作狀態(tài)。待X射線三維斷層成像數(shù)據(jù)采集完成后，中央主機發(fā)送命令，關(guān)閉X射線發(fā)射源 以及X射線探測板。隨后發(fā)送命令開啟轉(zhuǎn)筒中間的可控鉛門，然后發(fā)送命令讓成像樣本承載臺向右運動，使成像樣本處于激光器照射范圍內(nèi)。然后，控制轉(zhuǎn)筒中心的可控鉛門使其關(guān)閉(包住樣本承載臺)，隔離不同模態(tài)區(qū)域。
[0027]步驟5:采集光聲成像數(shù)據(jù)。用中央主機發(fā)送命令使激光器開啟，并設(shè)置驅(qū)動電機的相關(guān)參數(shù)，如選擇方向，選擇角度等。然后，將光聲探測器采集到的光聲數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胫鳈C上，以備數(shù)據(jù)處理。
[0028]步驟6:系統(tǒng)狀態(tài)還原。用中央主機關(guān)閉系統(tǒng)相關(guān)的發(fā)射源以及探測儀表，打開轉(zhuǎn)筒中間的可控鉛門，向左移走樣本承載臺，取下樣本，關(guān)閉實驗除中央主機以為的系統(tǒng)。
[0029]步驟7:數(shù)據(jù)處理。用中央主機對采集到的數(shù)據(jù)進行處理:首先，對采集到的光聲成像模態(tài)數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)進行平滑降噪等預(yù)處理；然后，重建出樣本體內(nèi)的光吸收系數(shù)分布圖像，并利用CT成像算法計算出樣本體內(nèi)的X射線吸收系數(shù)分布圖像；最后，融合兩種模態(tài)的圖像數(shù)據(jù)，得到樣本的組織細節(jié)信息。
[0030]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 數(shù)據(jù)源發(fā)射設(shè)備，用于分別發(fā)射X射線和激發(fā)光光源以對樣本進行照射； 數(shù)據(jù)采集設(shè)備，用X射線探測器探測經(jīng)過樣本的X射線劑量，以及用光聲探測器接收樣本激發(fā)出的光聲信號； 控制及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于控制滾筒的旋轉(zhuǎn)獲得不同角度的投影數(shù)據(jù)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中滾筒上固定有所述數(shù)據(jù)源發(fā)射設(shè)備和數(shù)據(jù)采集設(shè)備； 數(shù)據(jù)處理設(shè)備，用于對數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的各模態(tài)數(shù)據(jù)進行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)源發(fā)射設(shè)備包括: 激光器，用于產(chǎn)生激發(fā)光照射樣本； X射線源,用于產(chǎn)生X射線掃描樣本。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括: 光聲探測器，用于采集受激發(fā)光照射的樣本所發(fā)出的光聲信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號; X射線探測器，用于采集經(jīng)過樣本后的X射線信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號； 平移式載物臺，用于承載樣本，并且能夠受控的平行移動到相應(yīng)測量模態(tài)的區(qū)域，消除不同模態(tài)測量之間的干擾； 機動滾筒本體子設(shè)備，用于固定激光器、X射線源、光聲探測器以及X射線探測器，并在系統(tǒng)運行時選中相應(yīng)的子設(shè)備從而獲得不同角度的數(shù)據(jù)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)，其特征在于，控制及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備執(zhí)行以下控制:對機動滾筒本體的旋轉(zhuǎn)方向和角度進行控制；對平移式載物臺位置的前進后退進行控制，以實現(xiàn)不同模態(tài)的物理隔離；對X射線源和激發(fā)光光源的發(fā)射開關(guān)及強度進行控制；以及對X射線探測器和光聲探測器的開關(guān)進行控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備包括: 數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，對采集到的光聲數(shù)據(jù)和X射線斷層成像模態(tài)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；三維重建單元，重構(gòu)出生物體內(nèi)的X射線吸收系數(shù)分布圖像以及生物體內(nèi)光吸收系數(shù)分布圖像。`
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成光聲與X射線斷層成像的分離式成像系統(tǒng)，其特征在于，在進行X射線三維斷層成像時，平移式載物臺由控制及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備控制運動到相應(yīng)位置，并且轉(zhuǎn)筒中間的隔離鉛板關(guān)閉，防止X射線對光聲成像區(qū)的儀器造成損傷；當(dāng)進行光聲成像時，控制及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備控制開啟滾筒中間的隔離區(qū)，平移式樣本承載臺運動到光聲成像區(qū)。
【文檔編號】A61B5/00GK103519789SQ201310507346
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】楊鑫, 劉振宇, 田捷, 董迪, 馬喜波, 彭冬 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所