[发明专利]一种锥束X射线荧光成像方法、系统、终端以及存储介质

说明书

本申请涉及一种锥束X射线荧光成像方法、系统、终端以及存储介质。包括：通过X射线相衬‑荧光成像装置采集成像目标的相衬投影图像，并同步采集成像目标的表面荧光图像；对相衬投影图像进行信息分离与提取，得到成像目标的吸收衬度图像、折射衬度图像以及散射衬度图像，并分别对吸收衬度图像、折射衬度图像及散射衬度图像进行三维重建；将吸收衬度图像、折射衬度图像及散射衬度图像的三维重建图像和表面荧光图像输入训练好的XLCT三维重建深度卷积神经网络模型，通过XLCT三维重建深度卷积神经网络模型输出成像目标的锥束XLCT荧光图像；本申请可以有效地降低锥束XLCT三维重建方程求解的病态程度，实现快速高分辨的锥束X射线荧光成像。

技术领域

本申请属于光学分子成像技术领域，特别涉及一种锥束X射线荧光成像方法、系统、终端以及存储介质。

背景技术

光学分子成像技术是利用特异的分子探针发光，用光学成像系统检测分子标记物发出的光学信号，并经过算法重建恢复分子探针的空间分布从而得到细胞或组织的功能图像的一种成像技术。光学分子成像技术是一种对活体状态的生物组织的生理过程和病理变化过程进行细胞分子水平的定性或定量研究的重要技术手段。在近二十年，生物光学分子影像技术在肿瘤研究及生物制药等领域得到迅速的发展与应用，根据成像机制不同，目前具有代表性的光学分子影像技术主要可分为：自发荧光断层成像技术(BLT)及荧光分子断层成像技术(FMT)。其中BLT是生物发光成像不需要外部光源的激发，而FMT需要外部的光源来激发生物体内的荧光分子发光。FMT的优势在于其可用的荧光探针种类相比于BLT要丰富很多，且对应发光光谱更广，可以同时对多种目标分子进行标记，但缺点是外部的激发光源不仅是分子探针受到激发也可能是同时激发毛发、软骨等生物体的其他物质，即发生自体荧光现象，从而产生严重的噪声，极大降低成像信噪比。BLT的优势在于其不需要体外光源的激发，没有自体荧光现象的发生，因此它的信噪比和灵敏度更高，但其缺点是探针的种类非常有限，荧光强度通常也非常微弱，因此对成像设备的要求非常严苛。

近年来，荧光纳米材料的合成带来了一种新的光学分子成像技术，即X射线荧光断层成像技术(XLCT)，该技术利用注射进生物组织内的具有特异性的荧光纳米探针在X射线激发下产生荧光。这类荧光纳米材料主要含有Eu、Lu、Ce、Pr等稀土类原子，这些原子在受到X射线照射时会产生近红外光，从而实现特定目标的成像。相比于传统的光学分子成像技术，XLCT可用的探针种类较为丰富，其激发的目标光源强度也比较强，也可以避免自体的干扰，具有较高的灵敏度。另外，XLCT由于X射线的强穿透能力，可以实现更深的分子成像，同时可以结合传统的X射线成像技术为荧光断层图像的重建提供更多先验信息从而减轻重建问题求解的病态程度。

目前，已有的XLCT成像方法主要分为窄束XLCT成像方法和锥束XLCT成像方法。窄束XLCT成像方法的特征是用限束器将X射线光源约束为束线再激发荧光纳米颗粒，这样每次成像X射线只激发束线经过路径上的荧光纳米颗粒，然后再进行束线扫描，最后通过相关的重建算法实现三维断层成像。其成像重建过程类似于传统的束线X射线CT成像技术，优点是可以直接利用X射线束的直线穿透性直接定位目标光源的空间位置信息，不存在荧光重建问题求解的病态性，其空间分辨率取决于X射线束的截面大小，可以实现较高的空间分辨率。但其缺点是扫描过程复杂繁琐，成像耗时长，射线利用效率低等问题。锥束XLCT成像方法将是未来XLCT成像技术发展的主流方向，目前已有的锥束XLCT成像方法都是依靠传统锥束X射线CT成像提供成像样品的结构信息作为XLCT重建的先验信息，而无法更多地提供样品的物质组成或电荷密度分布等更关键的先验信息，因此现有的锥束XLCT重建方程求解仍然面临严重的病态性，极大地限制了锥束XLCT成像方法三维重建的准确性，也很难对结构及组成成分复杂的生物样品实现高质量高分辨率的锥束XLCT成像。

发明内容

本申请提供了一种锥束X射线荧光成像方法、系统、终端以及存储介质，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为了解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：

一种锥束X射线荧光成像方法，包括：