[发明专利]一种基于螺旋扫描轨道的光学投影断层成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学投影断层成像(Optical Projection Tomography，简称OPT)技术，尤其涉及一种基于螺旋扫描轨道的光学投影断层成像方法。

背景技术

光学投影断层成像技术是利用光线在小尺寸生物体中沿直线传播的特点，发射可见光线穿透样品，然后用相机采集多个角度的样品投影视图，进行三维成像。具体来说，在进行光学投影断层成像时，需要对样品进行多角度扫描，一般采用电控转台对样品进行步进式旋转，每旋转到一个角度采集一幅或多幅投影图像，扫描过程中样本没有竖直方向和水平方向的移动，仅有转动，从另一个角度也可认为是激光器和探测器在围绕被测样本沿圆轨道旋转，这种扫描方式被称为圆轨道扫描。光学投影断层成像系统圆轨道扫描最终采集到的数据是一系列不同角度下光线穿过样品的二维投影图像，如果将所有投影图像的某一行都提取出来，按照扫描顺序依次按行叠加为一副图像，就可以得到一个类似正弦曲线的正弦图，每一幅正弦图对应了样品的一张水平重建断层，所有正弦图就对应了样品的三维断层重建体，从投影数据到样品三维断层结构的过程称为光学投影断层成像三维重建。

光学投影断层成像技术可以实现1-10毫米尺度生物样品的结构和分子特异性功能成像，具有分辨率高、结构功能一体化、无辐射、成本低等诸多优点，它可以在小尺度对活体生物进行细胞水平的定性和定量研究，实现生物体的实时、无创、动态、在体成像。但是光学投影断层成像技术通常是基于圆轨道扫描，其成像视野为立方体，视野有限，特别是针对细长物体扫描时，其要么采用较小的光路放大倍数，使立方体成像视野完全覆盖整个样本，但空间分辨率差；要么采用较大的光路放大倍数，空间分辨率较高，但是成像视野不能完全覆盖样本，仅能进行样本局部精细成像。目前国际上针对于细长物体进行扫描时，尚无法同时实现样本全覆盖和高空间分辨率，这个问题被称为“长物体”问题。

光学投影断层成像出现“长物体”无法高分辨率成像问题的关键原因在于扫描过程一般采用圆轨道，即样品只有转动，没有平动，圆轨道扫描导致光学投影断层成像的有效成像视野为一个立方体，而对于细长样本，其本身并不是立方体形状，在进行光学投影断层成像扫描时，若强制立方体视野完全覆盖样本时，在样品的长度方向必然会损失成像精度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决光学投影断层成像圆轨道扫描无法对长物体精细成像的问题，本发明提供了一种基于螺旋扫描轨道的光学投影断层成像方法，通过对螺旋扫描的投影数据进行三维成像，提高光学投影断层成像对长物体的成像视野、精度和速度。

(二)技术方案

本发明针对光学投影断层成像系统采集的螺旋轨道投影数据，进行三维断层成像，利用螺旋扫描方式，本实施例将光学投影断层成像的视野从立方体扩展为长方体，有效提高了轴向成像精度，解决了细长物体无法高分辨率成像的问题。

本发明提供了一种基于螺旋扫描轨道的光学投影断层成像方法，其特征在于，包括：

针对螺旋轨道扫描得到的一系列投影图，利用投影图的轴向位置和投影角度，确定三维重建体的成像视野；

将所述三维重建体划分为多个轴向待重建断层，将每个轴向待重建断层对应的投影行进行数据重排，获得轴向待重建断层对应的正弦图；

针对所述每个正弦图，利用通用图形卡的硬件并行方法进行快速断层重建；

将所有快速断层重建后的断层依次叠在一起，得到三维重建体。具体地说，本发明包括两个步骤：数据重排、三维重建，这两个步骤可以完整实现螺旋扫描数据的三维断层成像。其中，数据重排步骤根据每一幅投影图的轴向位置和投影角度，将螺旋扫描得到的一系列投影图，加以重排，将每个待重建断层所对应的投影数据提取并拼合在一起，形成正弦图，通过这一步骤，可以将螺旋投影数据转化为圆轨道投影数据(在光学投影断层成像中，将一个径向待重建断层的所有投影数据按照角度拼合为一幅图像，通常称为正弦图，sinogram，其对应了该待重建断层进行重构所需的数据)；三维重建步骤利用重排后的正弦图利用通用图形卡的硬件并行方法和圆轨道滤波反投影重建方法，重构出样本的三维断层内部结构。

(三)有益效果

本发明实施例可快速实现光学投影断层成像螺旋扫描数据的三维重建，在保证成像精度的前提下，扩大成像视野。

附图说明