[发明专利]用电荷耦合器件(CCD)相机进行快速、高动态范围图像获取

说明书

本文提出了通过使照射与CCD相机的图像获取序列同步而提供用CCD相机进行层析成像的快速图像获取的系统和方法。本文所述的系统和方法允许使用短图像获取时间用CCD相机获取图像，否则将导致严重的伪影引入所获取的图像中。通过在用于获取图像的CCD相机的特定阶段选择性地照射要成像的一个或多个对象，可以实现这一独特能力。以这种方式减少获取无伪影图像所需的时间允许使用CCD相机进行快速成像。此能力与层析成像方法特别相关，其中获取一个或多个对象的多个图像并用于生成单个层析图像。

相关申请

本申请要求2017年10月18日提交的美国临时申请号62/574,043的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。本申请要求2018年10月17日提交的美国非临时申请号16/163,094的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

一般来说，本文描述的方面涉及用于成像的系统和方法。更具体地，描述的方面涉及用于利用CCD相机进行快速图像获取的系统和方法。

背景技术

例如肿瘤学、传染病学和药物发现的各种领域中的大量研究人员执行小动物的体内成像。存在各种各样的涉及动物的体内成像的技术，举例来说，生物发光、荧光、X射线微计算化层析成像术和多模成像技术。

许多成像模态是层析方法。层析成像术是基于检测透射通过样本或从样本发出的光以获得(例如重建)3D图像或推断正研究的样本的光学性质的3D分布。举例来说，层析成像可用以重建正研究的受试者的关注区内的组织吸收3D图。在其它应用中，层析成像用以生成关注区中存在的例如荧光发射体等探测体的空间分布3D图。层析成像因此允许以非侵入性方式重建对象的内部结构的详细3D图像以及受试者的关注区内的探测体的3D分布。

光学层析成像可提供从例如微型CT或磁共振成像(magnetic resonanceimaging，MRI)等非光学成像技术无法获得的与正研究的受试者内的生物、生理和功能过程分析相关的有价值信息。举例来说，在光学波长处的组织吸收图能够提供与血红蛋白浓度和组织氧合状态有关的生物功能信息，所述信息可用以检测某些类型的肿瘤。另外，与X射线成像或MRI技术相比，光学吸收另外提供改进的对比度以用于定位某些器官，例如心脏。

光学层析成像术也可用以绘制所施用的或内源发光探测体的空间分布图，所述探测体例如荧光或生物发光探测体。举例来说，荧光探测体吸收在对象内部传播的光且在比对象内部的吸收光更长的波长(更低的能量)发射光，从而允许在动物和人类的完整组织中的功能和分子特征的非侵入性体内研究。荧光光学层析成像术系统进而允许分子成像，其可用以视觉上指示作为疾病基础的分子异常，而不是像常规成像方法那样仅对可疑分子异常区域中的解剖结构进行成像。分子目标的特定成像提供疾病的较早检测和表征，以及治疗功效的较早和直接分子评估。说明性荧光光学层析成像术系统在第US2004/0015062号美国专利申请公开案中描述，其文字以全文引用的方式并入本文中。

荧光层析成像通常使用要成像的多个对象的图像来创建对象的层析图。例如，在荧光层析成像中，要成像的对象内的多个位置被激发光照射。在荧光成像应用中，在由激发光照射的给定位置内的荧光物质吸收激发光且发出荧光。对于每个照射位置，通过检测发射的荧光获取相应的荧光图像。使用层析成像重建技术处理每个对应于特定照射位置的多个荧光图像，以获得代表对象内的荧光物质分布的层析成像图像。

对对象的特定区有效地成像需要照射所述对象内的足够数目和密度的位置并获取对应的图像以用于层析成像重建。

因此，需要用于层析成像(例如，荧光层析成像)的改进的系统和方法，其能够快速地获取要用于层析成像重建的对象的多个图像。此类系统和方法与体内小动物层析成像具有特定相关性。

发明内容