[发明专利]基于宽光束小步长扫描方式的X射线发光断层成像方法

说明书

本发明涉及一种基于宽光束小步长扫描方式的X射线发光断层成像方法，包括下列步骤：①数字X射线成像系统和XLCT成像参数设置。③将注入纳米荧光颗粒的待测物体放到成像腔。④X射线束的设置，实现宽光束小步长的扫描激发方式。⑤对待测物体进行扫描，而后通过光纤探测器接收近红外光子，用光电倍增管记录光子数量。⑥正向模型构建。⑦逆向模型构建。

技术领域

本发明属于生物医学工程及医学影像学领域，涉及一种基于宽光束小步长扫描方式的X射线发光断层成像新方法。

背景技术

光学分子影像作为分子成像技术的重要分支，可以对活体状态下的生物体进行细胞和分子水平上的定性和定量成像，该技术利用特定的分子探针跟踪生物体的病理变化，在体外采用光学分子成像系统采集标记物产生的光信号，这种光信号携带了大量的信息，根据成像模型可以对获得的信号进行三维重建，完成特异性成像，这对于早期疾病检测、治疗、药物研发以及药效评估都有着重大的研究意义。目前，光学分子影像方法主要包括生物断层发光成像(Bioluminescence Tomography,BLT)、荧光分子断层成像(FluorescenceMolecular Tomography,FMT)、扩散光学断层成像(Diffuse Optical Tomography,DOT)和X射线发光断层成像(X-ray Luminescence Computed Tomography,XLCT)等技术。而XLCT作为一种新型的光学分子成像技术，因X射线穿透能力具有更深的成像深度，可以实现深部组织测量且具有较高成像分辨率，因而受到广泛的关注。XLCT对于肿瘤的诊断和治疗有着突破性的意义，它可以利用纳米荧光分子对肿瘤细胞进行标定，通过X射线照射激发纳米荧光分子发射近红外光，然后近红外光穿透生物组织后被探测器接收到，根据接收到的携带位置和浓度信息的光信号进行建模与重建，从而反演出纳米荧光分子在生物体内的三维分布，确定肿瘤的位置和大小，该技术为肿瘤诊治提供一种新型有效的分子影像技术，具有十分重要的意义。

目前国内外在XLCT技术研发方面还在初级阶段，按照X射线激发模式划分，可以分为锥束和窄束XLCT这两类系统。锥束XLCT成像时间短，但是具有较为严重的欠定性，往往会导致重建图像的质量差，而窄束XLCT在成像分辨率方面具备优势，但由于其成像时间长，阻碍了该方法的临床推广应用。针对窄束XLCT成像时间长的问题，国外学者提出一种多光束XLCT成像的方法。该方法通过采用多个光束进行扫描，在牺牲一些分辨率的前提下，成倍缩短了成像时间，该方法的提出推动了窄束XLCT的进一步发展。例如采用四条X射线窄束对仿体同时扫描，可以使每条光束扫描的距离降低到单光束扫描的四分之一，因此扫描时间也可以降低到单光束扫描的四分之一。多光束的XLCT成像方法虽然成倍缩短了成像时间，但与锥束XLCT相比，由于仍采用X射线窄束作为激发光，在有限时间内用于激发纳米荧光分子的X射线光子数有限，限制了激发产生近红外光的光子数，由此导致所采集的近红外信号强度有限，易受噪声干扰的问题。窄束XLCT具有高空间分辨率的特点，但也面临着成像时间长的弊端，制约了该技术在临床应用上的价值，因此缩短成像时间并保证成像质量已经成为该研究面临的一个关键问题。多窄束XLCT能够缩短成像时间，但是随着X线束数的增加，成像模型的信息完备性降低，导致重建图像的分辨率也随之大大下降。

发明内容

本发明提出一种基于宽光束小步长扫描方式的X射线发光断层成像新方法，可以在缩短成像时间的同时保证成像质量，其中，采用宽光束增强了受激产生的信号强度，由此缩短了成像时间，小步长扫描增强了信息完备性，解决宽光束带来的分辨率下降问题。本发明的技术方案如下：

一种基于宽光束小步长扫描方式的X射线发光断层成像方法，包括下列步骤：

①数字X射线成像系统和XLCT成像参数设置：将系统开启，让X微焦点光源和CMOS探测器预热，X射线光源位于物体的正上方且到物体的距离为80cm，利用光纤接收从待测物体表面发出的近红外光。

③将注入纳米荧光颗粒的待测物体放到成像腔，调整位移台进行校准操作，保证待测物体在实验过程中可以全部被扫描到。