[发明专利]一种深部组织X射线激发多光谱断层成像系统及方法

权利要求书

1.一种深部组织X射线激发多光谱断层成像方法，其特征在于，所述深部组织X射线激发多光谱断层成像方法利用X射线激发成像物体体内的特定纳米发光材料，这种材料在X射线激发下能够发出短波红外和其他特定谱段的光；深部组织内的光子穿过组织到达成像物体表面，经过窄带滤波片的过滤，不同波长谱段的光被EMCCD相机接收；根据光在组织中的传输方程，建立发光材料的分布与表面光强分布的关系，在每个谱段下采用迭代重建算法对EMCCD接收到的激发光数据进行重建，得到每个谱段下的成像和重建结果；采用多变量分析方法中的主成分分析方法对多谱成像和重建结果进行处理分析，得到纳米发光材料在成像物体内的准确分布，作为光学断层成像结果；穿过成像物体的X射线被X射线探测器接收保存为X射线投影；通过经典的FDK重建算法对X射线投影进行重建，得到CT断层成像结果；对CT断层成像结果与光学断层成像结果根据坐标关系进行配准并融合最终得到深部组织多模态的断层成像图像；

所述深部组织X射线激发多光谱断层成像方法使用的深部组织X射线激发多光谱断层成像系统包括：

X射线源，与计算机连接，用于发射X射线；

X射线平板探测器，与计算机连接，用于接收探测X射线；

EMCCD相机，与计算机连接，用于接收短波红外光及其它特定谱段发光；

电控旋转台，与计算机连接，用于固定并支持成像物体进行高精度旋转，以采集多个角度下的X射线投影数据和激发光数据；

窄带滤波片，置于EMCCD相机的镜头前，用于滤除标示带宽之外谱段的光；

铅板，用来滤除多余的X射线，并保护EMCCD相机免于X射线辐射；

计算机，用于控制X射线源、X射线平板探测器、EMCCD相机、电控旋转台的运行以及参数设置，控制光学数据和X射线投影数据的采集，进行多光谱数据和X射线投影数据的处理和重建，融合双模态的成像；

所述窄带滤波片和EMCCD相机位于X射线源和X射线平板探测器连线的垂直方向。

2.如权利要求1所述的深部组织X射线激发多光谱断层成像方法，其特征在于，所述深部组织X射线激发多光谱断层成像方法包括以下步骤：

步骤一，准备成像物体：将内部加入X射线激发的纳米发光材料的成像物体置于旋转台上；

步骤二，激发光数据采集：利用X射线激发成像物体内部纳米发光材料产生短波红外光及其它特定谱段光，穿过组织的光学信号经过窄带滤波片的过滤被EMCCD相机接收，每隔15度采集一幅激发光图像并保存，直至完成360度的旋转；

步骤三，白光数据采集：关闭X射线源，打开外界光源，取下窄带滤波片，每隔5度采集一幅成像物体的白光图像并保存，直至完成360度的旋转；

步骤四，X射线投影数据的采集：打开X射线源发射X射线，利用X射线平板探测器采集穿过成像物体的X射线，每隔1度采集一幅投影数据并保存，直至成像物体完成180度或360度的旋转；

步骤五，光学三维断层重建：对步骤二获得的激发光图像进行预处理，采用二维滤波器中的自适应中值滤波去除图像中的孤立亮点、坏点和部分噪点；在每个谱段下处理图像，利用步骤三中的白光数据构建成像物体轮廓并剖分，将各个角度下的光强映射到成像物体轮廓表面，采用迭代重建算法得到该谱段下的断层重建结果；

步骤六，多光谱数据分析：对所有谱段下的激发光图像和重建结果进行多变量分析，利用多光谱信息作为先验，获得短波红外谱段的更准确成像，从而得到纳米发光材料在成像物体深部组织内的分布；

步骤七，CT三维断层重建：对步骤四采集到的X射线投影数据进行预处理，包括坏点校正，暗场校正以及亮场校正，采用经典的FDK重建算法对处理后投影数据进行重建，得到成像物体的三维结构成像；

步骤八，双模态重建图像的配准融合：对步骤六和步骤七得到的短波红外光学断层图像和CT断层图像根据坐标关系进行配准并融合，实现双模态成像。