[发明专利]采用低维阵列探测的契伦科夫荧光断层成像系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像系统，特别是一种采用低维阵列探测的契伦科夫荧光断层成像系统与方法。

背景技术

契伦科夫荧光断层成像(Cerenkov Luminescence Tomography，CLT)已经成为一种重要的核医学影像模态，其被证明完全等效于正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，PET)与计算机断层成像(Computed Tomography，CT)的融合，或者是等效于单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT)与计算机断层成像(Computed Tomography，CT)的融合，即PET/CT、SPECT/CT。

2010年，美国加州大学戴维斯分校(University of California，Davis)首次提出CLT概念并使用PET/CT和疾病动物模型在体验证两者间的一致性(Opt.Lett.2010，35：1109-1111)。西安电子科技大学运用临床SPECT/CT设备验证CLT的成像性能，充分证明了CLT与SPECT/CT的线性关系(Opt.Express 2010，18：24441-24450)。中国科学院自动化研究所应用光学/CT成像系统，通过改进前向成像模型，优化了CLT成像质量(Ann.Biomed.Eng.2011，39：1728-1735)。

然而，CLT成像仍然存在以下关键技术问题亟待破解：有限角度信号采集与图像重建，实现物理成像对象的全空间信息反演表征。这将减少信号探测次数，从物理水平缩短成像时间，有效减小生物体生理与外界环境因素变化造成的图像信息蜕变风险，这对于放射性药物动力学和代谢组学成像至关重要。

针对上述关键技术问题，欠定线性系统数值计算方法的发展为高质量CLT成像提供可能途径。在CLT成像反演线性系统空间，已知的探测单元维数远远小于未知变量维数，系数矩阵的特征值图像不再具备非零元素值簇聚在对象线上的特征。几何尺度变换作为一种调和特征值分布图像预处理技术，为非对称线性系统的准确求解起到了加速作用(Parallel Comput.2010，36：495-515)。鉴于压缩感知系统的Lp球形泛涵算子解的最小最大平均误差分析(arXiv：1103.1943)，近似信息传递(Approximate Message Passing，AMP)方法被证实是欠定空间求解的一种快速准确方法(ISIT，201OIEEE International Symposlum on：1528-1532)。

综上所述，设计一种快速准确CLT成像方法，即低维阵列探测模式耦合几何尺度变换和近似信息传递处理技术，既可能也必要，符合高端影像设备原始技术创新的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的目的是提供一种采用低维阵列探测的CLT成像系统与方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种采用低维阵列探测的CLT成像系统，包括：

光学探测装置，用于围绕物理成像对象的中心轴线，从四象限各采集一幅物理成像对象的平面光学图像，并存储于数据处理装置；

结构成像装置，用于采集物理成像对象的整体计算机断层成像CT图像，并存储于数据处理装置；以及

数据处理装置，用于对存储的四幅平面光学图像和整体CT原始图像进行融合重建，形成契伦科夫荧光断层成像CLT图像并显示。

为达到上述目的，本发明还提供了一种采用低维阵列探测的CLT成像方法，包括步骤：

光学探测装置围绕物理成像对象的中心轴线，从四象限各采集一幅物理成像对象的平面光学图像，存储于数据处理装置；

结构成像装置采集物理成像对象的整体CT图像，存储于数据处理装置；

数据处理装置对存储的四幅平面光学图像和整体CT原始图像进行融合重建，形成CLT图像。

其中，数据处理装置对存储的四幅平面光学图像和整体CT原始图像进行融合重建具体包括如下步骤：

在整体CT图像基础上，数据处理装置将四幅光学图像包含的能量强度信息影射到物理成像对象的体表，建立低维探测空间B与高维未知源矢量空间S的线性关系AS＝B，其中A为常数矩阵；

对常数矩阵A进行几何尺度变换，行向量归一化；以及

采用近似信息传递计算出高维未知源矢量空间S的向量值，绘出CLT图像。