一种集成光声与X射线断层成像的分离式成像系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103519789 A (43)申请公布日 2014.01.22 CN 103519789 A (21)申请号 201310507346.6 (22)申请日 2013.10.24 A61B 5/00(2006.01) A61B 6/03(2006.01) (71)申请人 中国科学院自动化研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村东路 95 号 (72)发明人 杨鑫 刘振宇 田捷 董迪 马喜波 彭冬 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 宋焰琴 (54) 发明名称 一种集成光声与 X 射线断层成像的分离式成 像系统 (57) 摘要。

2、 本发明公开了一种集成光声与 X 射线断层成 像的分离式成像系统， 包括 ： 数据源发射设备， 用 于分别发射 X 射线和激发光光源以对样本进行照 射 ； 数据采集设备， 用 X 射线探测器探测经过样本 的 X 射线剂量， 以及用光声探测器接收样本激发 出的光声信号 ； 控制及数据传输设备， 用于控制 滚筒的旋转获得不同角度的投影数据， 并传输给 数据处理设备， 其中滚筒上固定数据源发射设备 和数据采集设备 ； 数据处理设备， 用于对采集到 的各模态数据进行后处理。本发明能够快速地得 到成像样本的生物信息， 在物理位置上克服了模 态间的相互影响， 同时也能使成像样本的不同模 态数据在物理位置上。

3、得以良好的融合。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103519789 A CN 103519789 A 1/1 页 2 1. 一种集成光声与 X 射线断层成像的分离式成像系统， 该系统包括 ： 数据源发射设备， 用于分别发射 X 射线和激发光光源以对样本进行照射 ； 数据采集设备， 用X射线探测器探测经过样本的X射线剂量， 以及用光声探测器接收样 本激发出的光声信号 ； 控制及数据传输设备， 用于控制滚筒的旋转获得不同角度的投影数。

4、据， 并传输给数据 处理设备， 其中滚筒上固定有所述数据源发射设备和数据采集设备 ； 数据处理设备， 用于对数据采集设备采集到的各模态数据进行处理。 2.根据权利要求1所述的集成光声与X射线断层成像的分离式成像系统， 其特征在于， 所述数据源发射设备包括 ： 激光器， 用于产生激发光照射样本 ； X 射线源， 用于产生 X 射线扫描样本。 3.根据权利要求1所述的集成光声与X射线断层成像的分离式成像系统， 其特征在于， 所述数据采集设备包括 ： 光声探测器， 用于采集受激发光照射的样本所发出的光声信号， 并将其转换为电信 号 ； X 射线探测器， 用于采集经过样本后的 X 射线信号， 并将其转。

5、换为电信号 ； 平移式载物台， 用于承载样本， 并且能够受控的平行移动到相应测量模态的区域， 消除 不同模态测量之间的干扰 ； 机动滚筒本体子设备， 用于固定激光器、 X 射线源、 光声探测器以及 X 射线探测器， 并在 系统运行时选中相应的子设备从而获得不同角度的数据信息。 4.根据权利要求1所述的集成光声与X射线断层成像的分离式成像系统， 其特征在于， 控制及数据传输设备执行以下控制 ： 对机动滚筒本体的旋转方向和角度进行控制 ； 对平移 式载物台位置的前进后退进行控制， 以实现不同模态的物理隔离 ； 对 X 射线源和激发光光 源的发射开关及强度进行控制 ； 以及对 X 射线探测器和光声探。

6、测器的开关进行控制。 5.根据权利要求1所述的集成光声与X射线断层成像的分离式成像系统， 其特征在于， 所述数据处理设备包括 ： 数据预处理单元， 对采集到的光声数据和 X 射线断层成像模态数据进行预处理 ； 三维重建单元， 重构出生物体内的 X 射线吸收系数分布图像以及生物体内光吸收系数 分布图像。 6. 根据权利要求 4 所述的集成光声与 X 射线断层成像的分离式成像系统， 其特征在 于， 在进行 X 射线三维断层成像时， 平移式载物台由控制及数据传输设备控制运动到相应 位置， 并且转筒中间的隔离铅板关闭， 防止 X 射线对光声成像区的仪器造成损伤 ； 当进行光 声成像时， 控制及数据传输。

7、设备控制开启滚筒中间的隔离区， 平移式样本承载台运动到光 声成像区。 权 利 要 求 书 CN 103519789 A 2 1/3 页 3 一种集成光声与 X 射线断层成像的分离式成像系统 技术领域 0001 本发明属于医学分子影像领域， 特别涉及一种集成光声与 X 射线断层成像的分离 式成像系统。 背景技术 0002 光声成像技术是新发展起来的一种非入侵式和非电离式的医学成像技术， 光声成 像技术基于光声效应， 它结合了纯光学成像具有的高对比度特性和纯超声成像具有的高分 辨率、 低衰减、 高穿透特性， 能够在一定的深度下获得高的图像分辨率和对比度， 图像传递 的信息量大， 可以提供形态及功能。

8、信息。近年来， 光声成像技术获得迅速发展， 并成为当今 国际研究的前沿热点课题， 目前已在生物组织成像中得到广泛应用， 如肿瘤检测、 血管成 像、 脑功能成像等相关研究。 0003 X 射线断层成像可以得到各种不同密度物质的影像， 可提供高分辨率的组织结构 信息。 0004 但是， 单一的成像技术不能提供生物体全面的生理病理信息。 因此， 多模态成像成 为了目前生物医学成像的发展趋势。利用高分辨率的 X 射线断层成像可以实现组织的精确 定位， 获得精确的结构信息 ； 光声成像则可以提供光谱选择性的组织生理和病理改变的功 能信息。因此， 有必要实现集成 X 射线断层成像与光声成像双模态于同一个系。

9、统。 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种集成光声与 X 射线断层成像的分离式成像系统。 0006 为实现上述目的， 提出一种集成光声与 X 射线断层成像的分离式成像系统， 包括 数据源发射设备， 用于分别发射 X 射线和激发光光源以对样本进行照射 ； 数据采集设备， 用 X 射线探测器探测经过样本的 X 射线剂量， 以及用光声探测器接收样本激发出的光声信号 ； 控制及数据传输设备， 用于控制滚筒的旋转获得不同角度的投影数据， 并传输给数据处理 设备， 其中滚筒上固定有所述数据源发射设备和数据采集设备 ； 数据处理设备， 用于对数据 采集设备采集到的各模态数据进行处理。 0007 本发明。

10、能够同机实现光声成像、 X 射线断层成像的多模态影像获取， 能同时、 快速 地得到成像样本的生物信息， 并能使成像样本的不同模态数据在物理位置消除相互影响的 前提下得以良好融合。 附图说明 0008 图 1 为本发明集成光声与 X 射线断层成像的分离式成像系统总体结构示意图设 备。 0009 图2为本发明集成光声与X射线断层成像的分离式成像系统中样本承载设备的示 意图。 0010 图 3 为本发明集成光声与 X 射线断层成像的分离式成像系统的使用步骤流程图。 说 明 书 CN 103519789 A 3 2/3 页 4 具体实施方式 0011 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 。

11、以下结合具体实施例， 并参照 附图， 对本发明进一步详细说明。 0012 下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是， 所描述的实例仅旨在便于对本发明的理解， 而对其不起任何限定作用。 0013 本发明提供了一种集成光声与 X 射线断层成像的分离式成像系统。本发明能够实 现实时、 无损的生物体光声成像和 X 射线断层成像的多模态影像获取， 能快速地得到成像 样本的生物信息， 在物理位置上克服了模态间的相互影响， 同时也能使成像样本的不同模 态数据在物理位置上得以良好的融合。最终结合可视化技术对成像结果进行立体绘制， 使 用户能直观地看到三维断层成像结果并对其作定位与定。

12、量等分析。 0014 下面结合附图， 详细描述本发明的分离式多模融合三维断层成像系统和方法。图 1 为本发明集成光声与 X 射线断层成像的分离式成像系统总体结构示意图， 该系统包括 ： 数 据源发射设备、 数据采集设备、 控制及数据传输设备、 数据处理设备。 0015 数据源发射设备用于分别发射X射线和激发光光源对样本进行照射， 用X射线、 激 发光分别于样本组织进行作用。 0016 数据源发射设备进一步包括 ： 激发光光源子设备， 即激光器， 用于产生激发光照射 样本， 使样本产生光声信号 ； X 射线源， 用于产生 X 射线扫描样本， 是样本组织与 X 射线相互 作用。 0017 数据采集。

13、设备用于采集经过与样本组织作用后的相关数据， 包括 X 射线探测器探 测经过样本的 X 射线剂量， 以及光声探测器接受样本激发出的光声信号。 0018 数据采集设备进一步包括 ： 光声信号采集子设备， 即光声探测器， 用于采集样本所 发出的光声信号， 并将其转换为电信号 ； X 射线数据采集子设备， 即 X 射线探测器， 用于采集 经过样本后的 X 射线信号， 并将其转换为电信号 ； 平移式载物台， 用于承载样本， 并且可以 受控的平行移动到相应测量模态的区域， 消除不同模态测量之间的干扰。在平移式载物台 上放置一样本容器， 该样本容器例如可以是透明水槽， 成像样本被放置其中。 平移式载物台 。

14、与机动滚筒本体的穿过圆心的水平横切面在同一个平面上 ； 机动滚筒本体子设备， 用于固 定上述激光器、 X 射线源、 X 射线探测器以及电机转台等， 使得在系统运行时可以获得样本 不同角度的数据信息。如图 1 所示， 为了将各个子设备进行物理隔离， 可以将 X 射线源和 X 射线探测器固定安装在滚筒的左侧， 将激光器和光声信号采集子设备安装在滚筒的右侧， 在滚筒的中心安装一隔离铅板， 该隔离铅板可受控开启或关闭。开启用于将样本处于不同 的成像区域， 从而分别采集 X 射线投影数据和光声数据 ； 关闭用于样本在某一成像区域时 能够隔离于另一个区域， 从而使 X 射线数据的采集和光声数据的采集不会互。

15、相影响。 0019 控制及数据传输 （即包含于中央主机中） ， 用于控制平移式载物台的空间位置 （即 使被测样本可以分别独立的采集X射线信号和光声信号） ， 以及控制滚筒的旋转获得不同角 度的 X 射线投影数据和光声图像数据， 并传输给计算机。该设备主要包括控制单元和数据 传输单元， 并提供一个可视化的操作界面， 供用户根据需求对设备进行便捷的交互操作。 0020 数据处理设备 （即包含于中央主机中） ， 对采集到的各模态数据进行处理， 三维重 建出样本的结构信息和光吸收分布信息。 说 明 书 CN 103519789 A 4 3/3 页 5 0021 在数据采集过程中， 平移式样本承载台由控。

16、制及数据传输设备控制运动到相应位 置， 并且转筒中间的铅板隔离区开启， 防止 X 射线对光声成像区的仪器造成损伤 ； 当进行光 声成像时， 控制及数据传输设备控制开启滚筒中间的隔离区， 平移式样本承载台运动到光 声成像区。 0022 图 3 为本发明集成光声与 X 射线断层成像的分离式成像系统的使用步骤流程图， 参照图 3， 包括以下各步骤 ： 0023 步骤 1 ： 放置成像样本。将成像样本 （图 2 中以小动物为例） 放置在成像样本承载 台透明水槽内， 在水槽中加入声耦合液， 如图 2 所示， 在水平向上调整样本台的位置， 使成 像样本位于旋转转筒的圆心处。由于成像样本承载台与旋转转筒是分。

17、离的， 故在后续步骤 中当旋转转筒旋转时， 成像样本始终保持水平静止。 0024 步骤 2 ： 隔离模态区域。用中央主机控制转筒中间的可控铅门， 使其关闭， 将 X 射 线三维断层成像模态和光声成像模态的两个成像区域用铅门隔离开来， 使不同模态的数据 不会互相干扰。同时， 在下一步骤中 X 射线源发射时不会对光声成像部分的仪器造成高能 射线损害。 0025 步骤 3 ： 采集 X 射线三维断层成像数据。用中央主机控制 X 射线源和 X 射线探测 板的开启， 同时给转筒上的驱动电机发送工作命令， 包括旋转转筒的旋转方向、 旋转步长、 旋转时间等。此时， X 射线探测板就会接收通过成像样本的 X 。

18、射线数据， 并转换为数字信号 传送给中央主机， 以备数据处理。 0026 步骤 4 ： 切换系统工作状态。待 X 射线三维断层成像数据采集完成后， 中央主机发 送命令， 关闭 X 射线发射源以及 X 射线探测板。随后发送命令开启转筒中间的可控铅门， 然 后发送命令让成像样本承载台向右运动， 使成像样本处于激光器照射范围内。 然后， 控制转 筒中心的可控铅门使其关闭 （包住样本承载台） ， 隔离不同模态区域。 0027 步骤 5 ： 采集光声成像数据。用中央主机发送命令使激光器开启， 并设置驱动电机 的相关参数， 如选择方向， 选择角度等。然后， 将光声探测器采集到的光声数据传输到中央 主机上，。

19、 以备数据处理。 0028 步骤 6 ： 系统状态还原。用中央主机关闭系统相关的发射源以及探测仪表， 打开转 筒中间的可控铅门， 向左移走样本承载台， 取下样本， 关闭实验除中央主机以为的系统。 0029 步骤 7 ： 数据处理。用中央主机对采集到的数据进行处理 ： 首先， 对采集到的光声 成像模态数据和 X 射线断层成像模态数据进行平滑降噪等预处理 ； 然后， 重建出样本体内 的光吸收系数分布图像， 并利用 CT 成像算法计算出样本体内的 X 射线吸收系数分布图像 ； 最后， 融合两种模态的图像数据， 得到样本的组织细节信息。 0030 以上所述的具体实施例， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限制本发明， 凡 在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保 护范围之内。 说 明 书 CN 103519789 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103519789 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103519789 A 7 。