[发明专利]一种适用于活体长时间内源成像的方法和系统

说明书

本发明公开了一种适用于活体长时间内源成像的方法和系统。该方法包括：采集原始内源信号图像并进行数字化，获得第一位深图像；将所述第一位深图像转换为第二位深的图像，其中该第二位深图像是无法观测到内源信号的强度图；针对所述第二位深图像，对灰度值范围的强度图进行运动校正，获得帧间亚像素偏移量；利用所述帧间亚像素偏移量对所述第一位深图像进行运动校正；从经校正的图像中提取内源信号。利用本发明能够实现对高灵敏的内源感测图像进行有效的长时间运动校正，并降低对实验环境的防震要求，有利于运用于术中观察。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，更具体地，涉及一种适用于活体长时间内源成像的方法和系统。

背景技术

内源信号的脑功能光学成像技术，其信号主要来自于皮层局部氧消耗所造成的血红蛋白氧化水平的变化，通过测量皮层反射和后向散射光光强，来反映皮层功能活动引起的局部氧合血红蛋白、还原血红蛋白浓度以及组织光散射特性的改变。利用局部血红蛋白氧化水平的变化能够准确地对神经元的局部活动作空间定位，因此基于内源信号的脑光学成像技术的空间分辨率能够达到100um，比fMRI(功能性磁共振成像)和PET(正电子发射型计算机断层显像)的空间分辨率(2000-4000um)都要高。由于不涉及到使用有毒性的物质，这种技术很适合于活体记录和长期发育研究，已在神经科学领域得到了广泛的应用。

现有内源成像采用将实验动物麻醉后，剥离硬脑膜，以一金属小室灌以硅油将所研究的皮层密封，用单色光源照射暴露皮层，在给动物适当的刺激的同时，用图像传感器同步记录它引起的皮层反射和后向散射光的变化，图像经采集卡转入计算机后，进行后续处理。虽然基于内源信号的脑功能光学成像的原理和系统构成相对比较简单，但在活体成像实验过程中存在诸如呼吸、心跳以及血管周期性搏动等生物噪声，这些生物噪声引起的皮层反射光强变化往往远高于刺激相关的皮层活动信号，从而降低了成像信噪比，需要经过一系列图像信号处理。

在现有技术中，内源成像图像处理通常采用第一帧分析(后续所有采集的帧都减去第一帧)去除低频噪声，采用叠加平均及滤波去除心跳、呼吸、CCD相机引起的噪声等。然而，使用这些手段的前提是实验动物需要处于一个稳定的实验环境，不能在采集图像时发生帧与帧之间的移动，而目前只能通过利用具备优良防震性能的实验平台、机械固定方式以及麻醉手段来防止实验动物在采集图像时产生轻微移动。因此，需要实验动物置于良好防震的平台上，严格控制麻醉剂量，并注意控制刺激力度，以防止由于环境震动和实验动物呼吸、心跳导致采集图像发生帧与帧之间像素级别的移动。对实验要求高，且不适合长时间观测。

此外，目前应对运动校正的方法有刚性运动校正和非刚性运动校正，通过设定一个初始模板，然后计算帧与帧之间的偏移量实现运动校正。但是由于内源信号是一种很微弱的信号，所以通常采用的是高动态范围，位深大于12bit的相机进行拍摄，因此拍摄到的图像，帧与帧之间通常存在较大差异，而现有的运动校正方法有校正失败的风险并且也不适合于长时间的观测。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种适用于活体长时间内源成像的方法和系统。

根据本发明的第一方面，提供一种适用于活体长时间内源成像的方法。该方法包括以下步骤：

采集原始内源信号图像并进行数字化，获得第一位深图像；

将所述第一位深图像转换为第二位深的图像，其中该第二位深图像是无法观测到内源信号的强度图；

针对所述第二位深图像，对灰度值范围的强度图进行运动校正，获得帧间亚像素偏移量；

利用所述帧间亚像素偏移量对所述第一位深图像进行运动校正；

从经校正的图像中提取内源信号。

根据本发明的第二方面，提供一种适用于活体长时间内源成像的系统。该系统包括：

图像采集单元，用于采集原始内源信号图像并进行数字化，获得第一位深图像；