一種廣視角光學分子斷層成像導航系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種廣視角光學分子斷層成像導航系統，其特征在于，包括：系統支撐模塊(101)，用于對系統中使用到的設備提供支撐作用；同步觸發模塊(201)，用于同步觸發光學信號采集模塊中CCD相機采集光學圖像和濾光片轉盤的轉動；光學信號探測模塊(401)，用于探測成像區域中的光學信號；數據處理模塊(501)，用于對該系統進行參數設置和對所述光學圖像數據進行處理與顯示。該系統及方法有效解決了廣視角光學分子斷層成像導航技術為生物醫學應用實驗提供導航的方法。該系統結構合理、實用，可廣泛用于光學分子影像實驗的研究與藥物的研發，具有廣闊的發展前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光學分子影像
，尤其涉及一種廣視角光學分子斷層成像導航系統和方法。
技術介紹
分子影像是21世紀最耀眼的科學與技術之一，它是指無損傷地在分子水平上探測生物體內分子，并給出體內分子分布信息的醫學影像技術。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，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、特異性強等優勢已經應用到了腫瘤的早期檢測、藥物的研發等領域。光學分子影像技術相比于傳統的影像技術，具有如下的優勢：其一，光學分子影像技術可將基因表達、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生、發展機制及過程；其二，能夠發現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，光學分子影像技術作為一種在體探測方法，其優勢在于可以快速、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。光學分子斷層成像技術是一種光學分子影像技術，該技術利用光在生物組織中的傳播原理建立數學模型，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象提供了很好的技術支持。激發熒光斷層成像技術是一種光學分子斷層成像技術，它的原理可以描述為：首先向生物體內注射熒光分子探針，熒光分子探針在生物體內代謝會匯聚到病變組織處，然后通過生物體外的激發光源，照射生物體內的熒光探針基團，使其達到高能量狀態，熒光基團吸收光能使得電子躍遷到了激發態，電子從激發態回到基態的過程中會釋放出熒光，該熒光較激發光向紅端移動，即發射的熒光的波長比激發熒光的波長要長，熒光在組織體內傳播并有一部分達到體表，從體表發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，熒光基團產生的熒光經過生物體內組織的吸收、散射后，到達表面的時候強度已經較弱，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和傳播原理，重建出成像目標生物體的三維解剖結構信息，并重建出生物組織中發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象提供了依據。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題有鑒于此，本專利技術根據光學分子影像技術的特點，并基于長期在光學分子影像
的研究經驗，提供了一種廣視角光學分子斷層成像導航系統及方法，采用系統支撐模塊、同步觸發模塊、光學信號探測模塊和數據處理模塊等功能模塊來實現廣視角光學分子斷層成像及導航的功能。(二)技術方案根據本專利技術的一個方面，本專利技術提供了一種廣視角光學分子斷層成像導航系統，該系統包括：系統支撐模塊101，用于對系統中使用到的設備提供支撐作用；同步觸發模塊201，用于同步觸發光學信號采集模塊中CCD相機采集光學圖像和濾光片轉盤的轉動；光學信號探測模塊401，用于探測成像區域中的光學信號；數據處理模塊501，用于對該系統進行參數設置和對所述光學圖像數據進行處理與顯示。為了實現所述目的，根據本專利技術的另一方面，本專利技術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：步驟701：通過系統支撐模塊將系統支架和光學平臺支架調整到合適的高度；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域進行照射；步驟702：打開同步觸發裝置中的同步觸發裝置；打開數據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裝置的同步觸發頻率，同時設置熒光采集裝置和白光采集裝置的參數，設置熒光光源和白光光源的參數，使光學信號探測模塊對成像區域進行數據采集；打開圖像處理模塊、圖像顯示模塊；步驟703：根據軟件控制模塊設置的同步觸發頻率，同步觸發裝置同步觸發熒光光源、白光光源對成像區域進行度廣視角照射，同時同步觸發熒光采集裝置和白光采集裝置對成像區域進行廣視角數據采集；熒光光源和白光光源同步地對成像區域進行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成，對成像區域進行廣視角數據采集；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據線傳輸到數據處理模塊，數據處理模塊中的圖像處理模塊處理傳輸過來的光信號數據，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，將光信號轉換為數字圖像，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；步驟705：根據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構信息，得到成像目標體的表面結構；并根據熒光光譜和白光光譜的光學特性和參數，重建出成像目標的內部的光學參數信息；根據激發熒光斷層成像重建的技術原理，對成像目標體進行內部發光熒光光源的三維重建，重建出成像目標內部發光熒光光源在三維結構結構信息中的物理位置和熒光強度，并顯示在圖像顯示模塊上，以提供內部光源的三維導航信息。(三)有益效果根據以上方案可以看出，本專利技術具有如下有益效果：1.利用本專利技術，可以使用多臺多光譜信號采集裝置601和光源裝置602，獲取成像區域301中的多光譜信號，并利用數據處理模塊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，系統功能齊全，而設備使用便捷。2.利用本專利技術，通過數據處理模塊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和同步觸發模塊201，使光學信號探測模...

【技術保護點】
一種廣視角光學分子斷層成像導航系統，其特征在于，包括：系統支撐模塊(101)，用于對系統中使用到的設備提供支撐作用；同步觸發模塊(201)，用于同步觸發光學信號采集模塊中CCD相機采集光學圖像和濾光片轉盤的轉動；光學信號探測模塊(401)，用于探測成像區域中的光學信號；數據處理模塊(501)，用于對該系統進行參數設置和對所述光學圖像數據進行處理與顯示。

【技術特征摘要】
1.一種廣視角光學分子斷層成像導航系統，其特征在于，包括：
系統支撐模塊(101)，用于對系統中使用到的設備提供支撐作用；
同步觸發模塊(201)，用于同步觸發光學信號采集模塊中CCD相機
采集光學圖像和濾光片轉盤的轉動；
光學信號探測模塊(401)，用于探測成像區域中的光學信號；
數據處理模塊(501)，用于對該系統進行參數設置和對所述光學圖像
數據進行處理與顯示。
2.根據權利要求1所述的一種廣視角光學分子斷層成像導航系統，
其特征在于，所述的系統支撐模塊(101)包括系統支架(102)、數據處
理模塊支架(103)、同步觸發裝置支架(104)、圖像顯示模塊支架(105)、
光學平臺支架(106)；其中：
系統支架(102)，用于支撐數據處理模塊支架(103)、同步觸發裝置
支架(104)、圖像顯示模塊支架(105)、和光學平臺支架(106)，所述系
統支架(102)能夠移動，且縱向能夠調節；數據處理模塊支架(103)用
于支撐數據處理模塊(501)；同步觸發裝置支架(104)用于支撐同步觸
發模塊(202)；圖像顯示模塊支架(105)用于支撐數據處理模塊(501)
中的圖像顯示模塊(504)；光學平臺支架(106)用于支撐光學信號探測
模塊(401)。
3.根據權利要求2所述的一種廣視角光學分子斷層成像導航系統，
其特征在于：
所述數據處理模塊(501)包括：軟件控制模塊(502)、圖像處理模
塊(503)和圖像顯示模塊(504)；
所述同步觸發模塊(201)包括同步觸發裝置202；
所述數據處理模塊支架(103)，用于支撐數據處理模塊(501)中的
軟件控制模塊(502)和圖像處理模塊(503)，所述軟件控制模塊(502)
和圖像處理模塊(503)中的設備并排放入數據處理模塊支架上；
所述同步觸發裝置支架(104)，用于支撐同步觸發模塊(201)中的
同步觸發裝置(202)，所述同步觸發裝置(202)放置在同步觸發裝置支
架(104)的前端；
所述圖像顯示模塊(504)放置在圖像顯示模塊支架(105)的前端；
所述光學探測模塊(401)掛接在在光學平臺支架(106)上。
4.根據權利要求1所述的一種廣視角光學分子斷層成像導航系統，
其特征在于，所述同步觸發裝置(202)側旁具有一個信號輸入接口，通
過數據線與數據處理模塊(501)的軟件控制模塊(502)相連，接收軟件
控制模塊(502)的輸入信號；同時，其側旁還有信號輸出接口，分別通
過數據線與光學信號探測模塊(401)相連，向光學信號探測模塊(401)
輸出同步觸發信號。
5.根據權利要求1所述的一種廣視角光學分子斷層成像導航系統，
其特征在于，所述光學信號探測模塊(401)包括熒光光源(402)，白光
光源(403)，熒光采集裝置(404)、白光采集裝置(405)、多個濾光片(406)
和多個光學鏡頭(407)。
6.根據權利要求5所述的一種廣視角光學分子斷層成像導航系統，
其特征在于，所述熒光光源(402)用于提供熒光信號，熒光光源內部前
方耦合有第一濾光片(406)，熒光光源(402)提供的激發熒光通過該第
一濾光片(406)后照射到成像區域(301)
所述白光光源(403)用于提供可見光信號，白光光源(403)內部前
方耦合有第二濾光片(406)，白光光源(403)提供的可見光信號通過該
第二濾光片(406)后照射到成像區域(301)；
所述白光光源(403)和熒光光源(402)包括多個，均勻分布在光學
平臺支架106上，用于對成像區域(301)進行廣視角照射。
7.根據權利要求5所述的一種廣視角光學分子斷層成像導航系統，
其特征在于，熒光采集裝置(404)用于采集成像區域(301)中的熒光信
號，熒光采集裝置(404)內部前方具有第二濾光片(406)和第一光學鏡
頭(407)；白光采集裝置(405)用于采集成像區域(301)中的白光信號，
白光采集裝置(405)內部前方具有第二濾光片(406)和...

【專利技術屬性】
技術研發人員：田捷，葉津佐，遲崇巍，楊鑫，
申請(專利權)人：中國科學院自動化研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11