[发明专利]基于小波数据压缩的双模式活体成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于分子影像技术领域，涉及一种成像系统及方法，特别涉及一种将微型CT和荧光分子断层成像相结合的基于小波数据压缩的双模式活体成像系统及方法。

背景技术

微型CT利用生物组织对X射线的吸收系数差异成像，是一种高分辨率的三维结构成像技术；荧光分子断层成像技术可以对小动物体内特异性标记的荧光探针进行在体的三维定量成像，可用于观察特定细胞和分子的功能变化。将微型CT和荧光分子断层成像技术相结合，可以同时获得小动物的结构信息和功能信息，提供单一系统所无法提供的丰富信息量，在疾病诊断、药物研发和基因表达监测等方面有着广阔的应用前景。

在目前的荧光分子断层成像系统中，通常利用窄束激发光分时逐点扫描小动物表面的多个激发点，例如中国发明专利ZL 200780001891.0和申请号为200910306890.8的中国发明专利申请都采用光束聚焦和扫描器件将缩小后的光斑投射到小动物表面，激发光在小动物组织内传播并激发荧光探针发出荧光，利用CCD相机通过合适的滤光片采集从组织边界上溢出的荧光信号，因此对每一个扫描点可以采集一幅荧光图像。相应的重建算法需要不同投影角度下的不同激发点单独作用时，在不同探测点处采集的光强信息以提高重建质量，因此往往需要对数百至上千个点逐点激发，大大增加了原始数据的采集时间。

另一方面，目前通常采用面阵CCD相机作为光学探测器，可采集非常大的原始数据量。而受限于计算资源，目前只能利用很小一部分原始数据进行重建，通常的原则是保证数据量大于要重构的光学参数数目即可。即使这样，重建时间仍然在数分钟至数十分钟。

因此，如何实现原始数据的快速采集和如何利用超大数据集进行快速重建是一个非常关键的问题。利用均匀的或经过调制的线光源和面光源作为激发源可以显著缩短数据采集时间，如申请号为200980100694.3的中国发明专利申请利用线光源进行激发，而申请号为201080000866.2的中国发明专利申请则提出了一种可空间编码的并行激发系统及方法，但这些方法都无法解决重建算法耗时长的问题。

声光偏转器是一种常用的快速光学扫描器件，应用范围非常广，如显微镜(如中国发明专利ZL 200510019130.0和美国专利US7221503B2)，激光测振仪(如美国专利US6271924B1)，以及快速微加工技术(如美国专利US7666759B2)等。但这些应用中只是利用了声光偏转器响应速度快、定位精度高的特点，实现对整个感兴趣区域的快速扫描。而在荧光分子断层成像中，激发光的扫描模式不仅会影响原始数据的采集速度，而且会影响重建算法的速度，因此需要建立一种适合于快速采集和重建的激发光扫描模式。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于小波数据压缩的双模式活体成像系统及方法，用于实现荧光分子断层成像技术中原始数据的快速采集和利用超大数据集进行荧光探针分布重建，并提出相应的快速重建算法。

本发明提供了一种基于小波数据压缩的双模式活体成像系统，包括用于采集成像对象(1)的X射线投影图的微型CT子系统和用于采集成像对象(1)的荧光图像的荧光分子断层成像子系统，两子系统按正交方式排列；所述成像对象(1)固定在能够360°旋转的载物台(2)上，位于微型CT子系统和荧光分子断层成像子系统的共同视场内，在所述荧光分子断层成像子系统中具有二维声光偏转器(7)，用于控制激发光实现如下方式的扫描：

在旋转的载物台(2)运动一步并停止运动后，首先使CCD相机(9)开始曝光，不断改变超声的调制频率，使激发光束依次扫描激发图案的每个像素对应的激发点，在每个激发点的停留时间与像素的灰度值成正比，像素灰度值为0的激发点不扫描，扫描完所有不为0的激发点后CCD相机(9)停止曝光。

本发明还提供了一种基于小波数据压缩的双模式活体成像方法，包括：

采集X射线投影图和荧光图像，在采集荧光图像过程中，利用二维声光偏转器控制激发光进行扫描；

获取激发点的位置和方向；

压缩荧光图像得到探测图案集；

基于所述激发点的位置和方向以及探测图案集，来获取测量值向量和雅克比矩阵；

利用所述测量值向量和雅克比矩阵反演得到荧光探针分布。