[发明专利]一种联合成像的锥束X射线发光断层成像系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及的是一种联合成像的锥束X射线发光断层成像系统。本发明利用锥束X射线激发待成像物体内的药品，不但可以使待成像物体的药品受激发完全，而且可以利用X射线成像获取成像物的三维解剖结构信息，从而得到准确的待成像物体中药品的三维空间分布成像，在对待成像物体进行荧光断层成像过程中实现多模态成像。

背景技术

X射线计算机断层成像（CT）技术广泛用于空间分辨率高的解剖结构像的获取，但它在分子影像领域中的作用却非常有限。碘和硫酸钡等少量的几种造影剂在其浓度足够的情况下（>1mg/ml）可以用于CT成像，然而为了使CT成为一种有效的分子影像成像技术，人们还需要更高灵敏度的X射线造影剂。

X射线发光（X-ray luminescence）成像技术的发展为实现X射线在体分子示踪成像提供了新的可能。当使用X射线照射某些特定的材料(如磷纳米颗粒)时，会发出可以穿透生物组织并被光电探测设备探测到的近红外光信号，即X射线发光（X-ray luminescence）。例如，单个的100keV的X射线光子激发磷纳米颗粒时可以产生约5000个荧光光子，X射线发光的信号强度正比于磷纳米颗粒的浓度。目前，已经研发出多种可用于X射线发光成像的实验材料，以下我们统称为药品。

X射线发光成像采用X射线激发待成像物体的药品，利用激发出来的荧光信号进行成像，从而可以获得该特定药品的空间分布信息。C.T.Badea等人在Investigations on x-ray luminescence CT for small animal imaging,Physics of Medical Imaging,vol.8313,83130T,2012中提出了窄束X射线发光重建方法。该方法采用一个带有2mm的小针孔的铅板和X射线源来产生窄束X射线，采集14个角度的数据分别使用滤波反投影算法和最大似然估计算法经行三维重建。该方法的不足是，X射线源发出的X射线不能充分用来激发待成像物体的药品，采集荧光数据时间长，并且增加了X射线照射剂量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种联合成像的锥束X射线发光断层成像系统及其方法，充分利用X射线源发射出的X射线，使待成像物体的药品受激发完全，并且利用X射线断层成像技术获取待成像物体的三维结构信息，为荧光数据的三维重建提供先验信息。利用计算机将三维结构信息与荧光数据重建结果进行图像配准，实现待成像物的多模态信息融合，更全面的获得待成像物的生物特征。该系统相比于窄束X射线发光方法，更充分利用了X射线，缩短照射时间，减少照射剂量，更有利于实际应用。

本发明的具体思路是：在现有的X射线断层成像系统上，增加CCD相机，用于采集荧光信号；并把X射线断层成像系统融合进来，获取待成像物的三维解剖结构信息作为荧光分子断层重建的先验信息，利用计算机对两种成像结果进行图像配准实现待成像物的多模态信息融合，提高了荧光信号重建的正确性。

为了实现上述目的，本发明的联合成像的锥束X射线发光断层成像系统，包括与透镜耦合的CCD相机、X射线源、X射线探测器、电控旋转台、窄带滤波片；CDD相机和窄带滤波片固定同一方向上，保证待成像物体、CCD相机和窄带滤波片在同一条直线上；将X射线源与X射线探测器放在与CCD相机垂直的方向，并保证X射线源、待成像物体和X射线探测器在同一直线上；利用计算机控制CCD相机、电控旋转台、X射线源和X射线探测器运行；其中：

所述CCD相机，用来采集待成像物体的被X射线激发产生的透射式荧光数据；

所述X射线源，用来发射X射线，并激发成像物体内部的药品发光，产生荧光信号；

所述X射线探测器，用来采集X射线源发出并穿过被测物体的X射线投影数据；

所述电控旋转台，用来带动待成像物体进行旋转，实现多角度采集待成像物体的X射线投影数据和透射式荧光数据；

所述窄带滤波片，用于过滤除X射线发光信号以外的其他信号；

所述计算机，用来控制CCD相机、X射线源与X射线探测器以及电控旋转台运行，接收和处理CCD相机传输的透射式荧光数据，接收和处理X射线投影数据，对X射线投影数据和透射式荧光数据进行三维重建，对重建后的图像进行配准融合，实现待成像物体的多模态信息融合。

所述的系统，所述的X射线源是锥束的X射线源，所发出的射线可以覆盖整个待成像物体。

所述的系统，所述的窄带滤波片的中心波长和荧光信号的中心波长保持一致。