【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及醫學成像，具體涉及一種高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像系統及方法。
技術介紹
1、醫學成像技術可以分為兩大類：一類是以ct等為代表的結構成像技術，可獲取成像物體的解剖結構信息；另一類是以pet、spect和光學成像等為代表的功能成像技術，可獲取生化功能信息。每種成像模態都有其獨特優勢，也存在固有不足。更清晰、更快速的觀察到成像物體的生理結構和生化功能改變，是目前醫學成像研究的迫切需求。高分辨和多模態是目前醫學成像技術的主流發展方向。其中ct和光學雙模成像具有空間分辨率較高、光學探針性質穩定、使用和維護方便等顯著優勢，在醫學成像尤其是小動物成像領域獲得廣泛應用。
2、然而，現有技術中的ct和光學雙模成像技術由于ct能譜和光譜分辨能力弱，導致成像軟組織對比度低，且光學和ct兩個模態的圖像重建相互獨立，未能將兩個模態的信息有效利用，空間分辨有待提升。本專利技術針對當前ct和光學雙模成像能譜和光譜分辨能力低，雙模系統難以協同重建導致的空間分辨低的問題，提出一種高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像方法。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了克服現有技術中的問題，提供一種高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像系統及方法，獲得的雙模融合圖像空間分辨率高，譜域分辨率高。
2、本專利技術還提供了一種高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像方法，包括：
3、采集多譜段熒光數據及熒光圖像；
4、采集多能級x射線投影數據；p>
5、多能級ct重建：對每個能級下的x射線投影進行校正，對校正后的多能級投影數據采用基于張量字典學習的方法進行三維重建，得到不同能級的ct圖像；
6、對重建得到ct圖像的三維數據進行體繪制，得到物體的三維輪廓；將采集到二維的熒光圖像與三維輪廓進行角度配準，并將熒光數據映射至三維輪廓上；
7、對每個譜段，根據多能級ct重建得到的精準物質分解結果，參照不同物質的散射系數和吸收系數，基于三階簡化球諧方程，構建準確的光子傳輸前向模型，建立x射線發光探針在成像物體內的三維分布與成像物體表面的光子分布之間的關系，通過重建算法獲得光學三維圖像；
8、根據能譜ct和光學雙模成像系統各設備間的相對位置幾何關系,包括幾何高度以及角度等幾何關系，將雙模圖像進行基于互信息的三維配準；并采用基于小波變換的融合方法進行圖像融合，獲得雙模融合圖像。
9、作為優選方式，采集多譜段熒光數據及熒光圖像時，開啟x射線源，設置參數，利用激發源激發成像物體內的發光探針使之發出特定譜段熒光，開啟高光譜相機，采集多個譜段的熒光圖像；旋轉臺轉過一定角度，繼續完成多譜段熒光圖像采集，直至旋轉臺完成360度旋轉。
10、作為優選方式，采集多能級x射線投影數據時，保持x射線源開啟狀態，采集多個能級中各個能級的x射線透射投影數據并保存；旋轉臺轉過一定角度，繼續完成多能級x射線投影數據采集，直至旋轉臺完成360度旋轉；
11、移除成像物體，在前述各個能級下采集若干幅x射線投影，平均后作為亮場圖像；關閉x射線源，在前述各個能級下采集若干幅x射線投影，平均后作為暗場圖像。
12、作為優選方式，多能級ct重建時，對每個能級下的x射線投影進行亮場和暗場校正得到可用于重建的變換后圖像，即其中inew、i分別是校正后、校正前的圖像，i1為亮場圖像i0暗場圖像。
13、作為優選方式，構建的光子傳輸前向模型為b＝as；其中b為成像物體表面的光子分布，s為探針三維分布，a為系統矩陣，采用正則化方法求解，其中s為正則矩陣，p代表不同范數，λ為正則參數；l的構造方式如下：
14、
15、
16、其中為歸一化因子，di,j為體素點之間的歐氏距離，r為高斯核函數，sk表示成像物體中的第k個組成物質，i表示正則矩陣l的行，j表示正則矩陣l的列。
17、本專利技術還提供了一種高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像系統，包括：
18、x射線源，用于發出x射線，并穿過成像物體形成透射x射線；
19、旋轉臺，用于承載成像物體并使所述成像物體轉動；
20、x射線發光探針，用于在成像時置于所述成像物體內，在x射線的激發下發出可見或近紅外光子；
21、x射線能譜探測器，用于接收穿過成像物體的不同能級的x射線，采集多能級x射線投影數據；
22、高光譜相機，用于采集多譜段熒光數據及熒光圖像；
23、計算機，與x射線源、旋轉臺，x射線能譜探測器及高光譜相機信號連接，用于控制上述各設備的運行及參數設置，控制光學數據和x射線投影數據的采集，進行多譜段熒光數據和多能級x射線投影數據的處理和重建，融合雙模態的成像并顯示雙模融合圖像。
24、本專利技術還提供了一種計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序時實現上述任一項所述的高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像方法。
25、本專利技術還提供了一種計算機可讀存儲介質，所述存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現上述的高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像方法。
26、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
27、本專利技術基于能譜ct帶來的成像物體空間分辨率，尤其是軟組織分辨率高的特點，對成像物體的各個結構或成分進行精準分解，為準確的光學成像模型構造提供支撐。此外，本專利技術提出的光學三維重建將ct重建得到的不同機構或成分引入正則化矩陣，有助于提升光學重建的空間分辨率，尤其是形態學分辨能力。
28、本專利技術的高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像系統中利用激發源激發成像物體內的發光探針使之發出特定譜段熒光，并通過高光譜相機采集多譜段熒光數據及熒光圖像，x射線能譜探測器采集多能級x射線投影數據，而常規ct探測器無法區分不同能量的x射線；本專利技術的高光譜相機采集的是多個特定譜段的熒光圖像，相對于在光學相機前添加濾光片以獲取不同譜段光的方式，該方式數據形成的系統更加簡潔，成像更為高效。本專利技術具有譜域分辨能力的數據采集系統為提升圖像的空間分辨率提供了數據基礎。
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1.一種高空間、譜域分辨的能譜CT和光學雙模成像方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的高空間、譜域分辨的能譜CT和光學雙模成像方法，其特征在于，采集多譜段熒光數據及熒光圖像時，開啟X射線源，設置參數，利用激發源激發成像物體內的發光探針使之發出特定譜段熒光，開啟高光譜相機，采集多個譜段的熒光圖像；旋轉臺轉過一定角度，繼續完成多譜段熒光圖像采集，直至旋轉臺完成360度旋轉。
3.如權利要求1所述的高空間、譜域分辨的能譜CT和光學雙模成像方法，其特征在于，采集多能級X射線投影數據時，保持X射線源開啟狀態，采集多個能級中各個能級的X射線透射投影數據并保存；旋轉臺轉過一定角度，繼續完成多能級X射線投影數據采集，直至旋轉臺完成360度旋轉；
4.如權利要求1所述的高空間、譜域分辨的能譜CT和光學雙模成像方法，其特征在于，不同能級的CT圖像時，對每個能級下的X射線投影進行亮場和暗場校正得到用于重建的變換后圖像，即其中Inew、I分別是校正后、校正前的圖像，I1為亮場圖像I0暗場圖像。
5.如權利要求1所述的高空間、譜域分辨的能譜CT和光
6.一種高空間、譜域分辨的能譜CT和光學雙模成像系統，其特征在于，包括：
7.一種計算機設備，其特征在于，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序時實現權利要求2至5任一項所述的高空間、譜域分辨的能譜CT和光學雙模成像方法。
8.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現權利要求2至5任一項所述的高空間、譜域分辨的能譜CT和光學雙模成像方法。
...【技術特征摘要】
1.一種高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像方法，其特征在于，采集多譜段熒光數據及熒光圖像時，開啟x射線源，設置參數，利用激發源激發成像物體內的發光探針使之發出特定譜段熒光，開啟高光譜相機，采集多個譜段的熒光圖像；旋轉臺轉過一定角度，繼續完成多譜段熒光圖像采集，直至旋轉臺完成360度旋轉。
3.如權利要求1所述的高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像方法，其特征在于，采集多能級x射線投影數據時，保持x射線源開啟狀態，采集多個能級中各個能級的x射線透射投影數據并保存；旋轉臺轉過一定角度，繼續完成多能級x射線投影數據采集，直至旋轉臺完成360度旋轉；
4.如權利要求1所述的高空間、譜域分辨的能譜ct和光學雙模成像方法，其特征在于，不同能級的ct圖像時，對每個能級下的x射線投影進行亮場和暗場校正得到用于重建的變換...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高鵬，盧虹冰，戎軍艷，劉天帥，李汪洋，張文立，劉洋，蘭斌，劉文磊，
申請(專利權)人：中國人民解放軍空軍軍醫大學，
類型：發明
國別省市：
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