[发明专利]一种基于加权调制的多光束X射线激发发光断层成像方法

说明书

本发明涉及一种基于加权调制的多光束X射线激发发光断层成像方法，包括下列步骤：XLCT成像参数设置；X射线束的设置；设置数字放射成像系统的曝光参数，对待测物体从不同角度进行扫描，用光电倍增管记录光子数量，即测量量，最终得到总的测量量矩阵；正向模型构建；设η为待重建的纳米发光粒子密度分布信息，建立逆向图像重建模型，并采用快速梯度投影算法求解，求出表征物体内部结构的功能信息图像。

技术领域

本发明属于生物医学工程及医学影像学领域，涉及一种基于加权调制的多光束X射线激发发光断层成像(XLCT)新方法。

背景技术

传统临床医学使用的影像技术手段如核磁共振成像，超声成像，计算机断层成像，核医学发射断层成像等装置能够直接对小动物成像，可以形成清晰的三维结构像，但是难以做到分子及细胞水平的异常检测。与此相比，光学分子成像能够利用特异性分子探针实现细胞或组织功能成像，更多的反应生物体某个层次的特异性信息，但通常难以提供定位足够准确的结构信息而且自发荧光(BLT)探针产生的信号较弱，缺少外界激发光，因此采集到的数据有限。尽管荧光分子成像(FMT)在外界激发光下能够使数据采集量增加，仍旧存在显著的背景信号影响成像敏感度。X射线激发发光的断层成像技术能够克服光学分子成像的诸多问题,而且X射线穿透能力使其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光纤接收到，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，但与窄束XLCT相比，由于弱化了荧光物质先验位置信息，特别是对于复杂目标体，当多个位置的纳米荧光分子同时受激发产生近红外光时，将会导致部分位置的纳米荧光粒子的分布无法实现重建，重建图像质量将大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于加权调制的多光束XLCT成像新方法，该方法通过加权调制X射线束强度，削弱其他射束对先验位置信息的影响从而在一定程度上提高重建图像的分辨率，为XLCT成像技术的临床应用推广提供有力的技术支持。技术方案如下：

一种基于加权调制的多光束X射线激发发光断层成像方法，包括下列步骤：

①XLCT成像参数设置；

②X射线束的设置：根据待测物体尺寸设计合适的准直器实现多光束X射线准直，这里采用5条X光束，光束初始位置沿成像腔直径方向将成像腔5等分，5条X射准直线束通过不同金属衰减片，使X射线强度分别衰减为原强度的100％(未加金属片滤光)，80％，60％，40％以及20％，设置光束平移扫描步进步长；

③放置需要成像的待测物体，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；

④设置数字放射成像系统的曝光参数，对待测物体从不同角度进行扫描，用光电倍增管记录光子数量，即测量量，最终得到总的测量量矩阵：nd是探测点个数，s＝I*J代表总的扫描次数，I为每个角度下平移扫描次数，J为扫描角度总数；