多模态成像系统及应用其的多模态成像方法

摘要

本发明提供了一种多模态成像系统及应用其的多模态成像方法。该多模态成像系统包括：CT成像装置、偶数个PET成像装置、SPECT成像装置、光声成像装置、旋转装置及控制装置，旋转装置形成用于放置待成像生物样品的容纳空间，旋转装置相对于待成像生物样品可转动，CT成像装置、偶数个PET成像装置、SPECT成像装置以及光声成像装置围绕容纳空间且间隔地设置在旋转装置上，并分别与控制装置电连接，其中，偶数个PET成像装置相对于待成像生物样品对称设置。应用本发明的技术方案，该多模态成像系统解决了现有技术中无法将多个单模态成像技术在时间和空间上组合起来形成优势互补的医疗成像技术的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及医学成像技术领域，具体地，涉及一种多模态成像系统及应用其的多模态成像方法。

背景技术

现代医学成像技术属于一种非侵入式的检测方法，通过提供人体组织、器官的结构和功能图像以用于医学诊断，医学成像技术已经在人类生活中扮演着越来越重要的角色。

医学成像技术一般分为结构成像技术和功能成像技术两大类。常见的结构成像技术包括CT成像技术、MRI成像技术和超声成像技术，而功能成像技术包括功能性MRI成像技术、SPECT成像技术、PET成像技术和OCT成像技术。

CT成像技术是一种基于X射线的医学成像技术，能够扫描目标指定区域并生成断层图像，并且具有高分辨率。PET成像技术利用注入体内的放射性核素来进行显像，可以动态地反映生物体的生理和生化信息。SPECT成像技术无需昂贵的回旋加速器来制备核素药物，但其空间分辨率和数据信噪比较PET成像技术要差很多。光声成像技术是指：当宽束短脉冲激光辐照生物组织时，位于组织体内的吸收体(如肿瘤)吸收脉冲光能量，从而升温膨胀，产生超声波；这时，位于组织体表面的超声探测器件可以接收到这些外传的超声波，并依据探测到的光声信号来重建组织内光能量吸收分布的图像。光声成像技术检测的是超声信号，反映的是光能量吸收的差异，该技术很好的结合了光学和超声两种成像技术的优点。

但是，现有技术中仍无法将CT成像技术、PET成像技术、SPECT成像技术和光声成像技术在时间和空间上组合起来形成优势互补的医疗成像技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多模态成像系统及应用其的多模态成像方法，旨在解决现有技术中无法将多个单模态成像技术在时间和空间上组合起来形成优势互补的医疗成像技术的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种多模态成像系统，包括：CT成像装置、偶数个PET成像装置、SPECT成像装置、光声成像装置、旋转装置及控制装置，旋转装置形成用于放置待成像生物样品的容纳空间，旋转装置相对于待成像生物样品可转动，CT成像装置、偶数个PET成像装置、SPECT成像装置以及光声成像装置围绕容纳空间且间隔地设置在旋转装置上，CT成像装置、偶数个PET成像装置、SPECT成像装置以及光声成像装置分别与控制装置电连接，其中，偶数个PET成像装置相对于待成像生物样品对称设置。

可选地，CT成像装置包括CT球管和CT探测器，CT球管和CT探测器均安装在旋转装置上，且CT球管和CT探测器相对于待成像生物样品对称设置，其中，CT探测器与控制装置电连接。

可选地，光声成像装置包括超声换能器和激光器，超声换能器安装在旋转装置上，激光器相对于待成像生物样品固定设置，其中，超声换能器与控制器电连接。

可选地，待成像生物样品与激光器之间的连线为水平轴线，旋转装置相对于待成像生物样品在垂直于水平轴线的竖直平面内转动。

可选地，待成像生物样品与激光器之间的连线为竖直轴线，旋转装置相对于待成像生物样品在垂直于竖直轴线的水平平面内转动。

可选地，多模态成像系统还包括待成像生物样品承载座，该待成像生物样品承载座在待成像生物样品与激光器之间的连线的方向可移动地设置，且在进行成像操作过程中位于容纳空间内。

可选地，多模态成像系统还包括防辐射屏蔽罩，旋转装置安装在防辐射屏蔽罩内，控制装置位于防辐射屏蔽罩外。

根据本发明的另一方曼，提供了一种多模态成像方法，该多模态成像方法采用前述的多模态成像系统进行成像操作，多模态成像方法包括以下操作步骤：

步骤S10：将放置待成像生物样品放置于多模态成像系统的旋转装置所形成的容纳空间内；

步骤S20：开启多模态成像系统的CT成像装置、PET成像装置、SPECT成像装置、光声成像装置中的至少两个，然后开启旋转装置使CT成像装置、PET成像装置、SPECT成像装置及光声成像装置围绕待成像生物样品转动以采集待成像生物样品的数据信息；

步骤S30：多模态成像系统的控制装置根据数据信息进行分析并重建待成像生物样品的三维多模态图像。

可选地，在步骤S20的成像操作过程中，当PET成像装置和SPECT成像装置同时开启时，对PET成像装置和SPECT成像装置同时设置预设能量阀值，使PET成像装置探测到能量值大于预设能量阀值的γ射线，使SPECT成像装置探测到能量值小于预设能量阀值的γ射线。

可选地，在步骤S20的成像操作过程中，当开启CT成像装置时，旋转装置相对于待成像生物样品转过一个圆周后关闭CT成像装置以结束CT数据信息的采集操作；或者，先保持旋转装置不动，并使待成像生物样品在容纳空间内转动，然后在成像生物样品转动的同时使旋转装置转动一个角度增量，在旋转装置转动一个角度增量的过程中关闭CT成像装置以结束CT数据信息的采集操作。

本发明中，通过CT成像装置、PET成像装置、SPECT成像装置及光声成像装置在旋转装置上在同一时间、同一空间位置对待成像生物样品进行各自的成像数据信息进行采集，然后统一地在控制装置中进行分析处理后重建待成像生物样品的三维多模态图像。因此，该多模态成像系统的应用，能够解决现有技术中无法将多个单模态成像技术在时间和空间上组合起来形成优势互补的医疗成像技术的问题。

附图说明

图1是本发明的多模态成像系统的实施例的主视结构示意图；

图2是图1的右视结构示意图。

在附图中：

11、CT球管；12、CT探测器；20、PET成像装置；

30、SPECT成像装置；41、超声换能器；42、激光器；

50、旋转装置；60、待成像生物样品。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者间接连接至该另一个元件上。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1和图2所示，本实施例的多模态成像系统包括CT成像装置、偶数个PET成像装置20、SPECT成像装置30、光声成像装置、旋转装置50及控制装置。该多模态成像系统的旋转装置50形成用于放置待成像生物样品60的容纳空间，旋转装置50相对于待成像生物样品60可转动，CT成像装置、偶数个PET成像装置20、SPECT成像装置30以及光声成像装置围绕容纳空间且间隔地设置在旋转装置50上，CT成像装置、偶数个PET成像装置20、SPECT成像装置30以及光声成像装置分别与控制装置电连接，其中，偶数个PET成像装置20相对于待成像生物样品60对称设置。

通过CT成像装置、PET成像装置20、SPECT成像装置30及光声成像装置在旋转装置50上在同一时间、同一空间位置对待成像生物样品60进行各自的成像数据信息进行采集，然后统一地在控制装置中进行分析处理后重建待成像生物样品60的三维多模态图像。因此，该多模态成像系统的应用，能够解决现有技术中无法将多个单模态成像技术在时间和空间上组合起来形成优势互补的医疗成像技术的问题，通过融合不同模态成像的长处，将获取的组织形态和功能/分子信息互为补充，可以得到更全面的信息，有助于疾病早期诊断以及治疗方案的确定和动态评估。

在本实施例中，CT成像装置包括CT球管11和CT探测器12，CT球管11用于产生X射线，通过X射线来对待成像生物样品60进行照射，CT探测器12用于收集经过待成像生物样品60后的X射线信号。CT球管11和CT探测器12均安装在旋转装置上，且CT球管11和CT探测器12相对于待成像生物样品60对称设置，从而使X射线在照射待成像生物样品60之后就能马上被CT探测器12所接收而进行数据信息收集，而无需将X射线进行转换后再到达CT探测器12而导致X射线能量的减弱。其中，CT探测器12与控制装置电连接，CT探测器12将采集到的X射线信号传送至控制装置进行数据信息的分析处理。

如图2所示，本实施例的光声成像装置包括超声换能器41和激光器42。激光器42用来发出短脉冲激光对待成像生物样品60进行照射，从而产生相应的超声波数据信息；超声换能器用于采集短脉冲激光与待成像生物样品60作用所发出的超声波，从而将超声波转换为能量信息作为光声成像的数据信息。超声换能器41安装在旋转装置50上，激光器42相对于待成像生物样品60固定设置，其中，超声换能器41与控制器电连接。

具体地，本实施例的待成像生物样品60与激光器42之间的连线为水平轴线，旋转装置50相对于待成像生物样品60在垂直于水平轴线的竖直平面内转动，即旋转装置50在竖直面内围绕待成像生物样品60以逆时针方向旋转。如图2所示，以激光器42为原点建立空间直角坐标系xyz，坐标系x轴为水平轴，坐标系y轴为竖直轴，且坐标系z轴即为待成像生物样品60与激光器42之间的连线为水平轴线，旋转装置50旋转的竖直平面平行于x轴y轴确定的平面，旋转装置50绕z轴转动。

在本实施例中，为了更加方便、稳定地放置待成像生物样品60，因此多模态成像系统还包括待成像生物样品承载座，该待成像生物样品承载座在待成像生物样品60与激光器42之间的连线的方向可移动地设置，在放置待成像生物样品60之前，待成像生物样品承载座从容纳空间内沿z轴方向移动出来，当放置完成待成像生物样品60之后，待成像生物样品承载座连同待成像生物样品60一起沿z轴方向移动入容纳空间内，且在进行成像操作过程中一直位于容纳空间内。

优选地，由于在对该多模态成像系统进行操作采集信息的过程，一些放射性射线会对工作人员的人身安全产生损害，因此，多模态成像系统还包括防辐射屏蔽罩，该防辐射屏蔽罩是水平设置的，旋转装置50安装在防辐射屏蔽罩内，控制装置位于防辐射屏蔽罩外，从而保护工作人员不受放射性射线的辐射损害，确保工作人员的人身健康。

在另一可行的实施方式中，与上述实施例相比较，具有以下不同之处。待成像生物样品60与激光器42之间的连线为竖直轴线，旋转装置50相对于待成像生物样品60在垂直于竖直轴线的水平平面内转动。此时，空间直角坐标系xyz的z轴为竖直轴，x轴y轴共同确定一水平面，旋转装置50逆时针转动的平面与x轴y轴确定的水平面平行，待成像生物样品承载座为沿z轴竖直设置并z轴方向上下地移动。除上述不同之外，其余结构均相同，在此不再赘述。

根据本发明的另一方面，提供了一种多模态成像方法。该多模态成像方法采用前述的多模态成像系统进行成像操作，多模态成像方法包括以下操作步骤：

步骤S10：将放置待成像生物样品60放置于多模态成像系统的旋转装置50所形成的容纳空间内，当需要成像的对象是疾病患者时，患者可以平躺或站立在待成像生物样品承载座上，然后待成像生物样品承载座连同患者一起移动如容纳空间内；

步骤S20：开启多模态成像系统的CT成像装置、PET成像装置20、SPECT成像装置30、光声成像装置中的至少两个(可以开启其中的两个、三个、四个)，然后开启旋转装置50使CT成像装置、PET成像装置20、SPECT成像装置30及光声成像装置围绕待成像生物样品60转动以采集待成像生物样品的数据信息，在旋转装置50转动的过程中，当旋转装置50要完成多个模态的数据信息采集，则旋转装置50与待成像生物样品60之间需相对地转过n(n为大于0的整数)个圆周；

步骤S30：多模态成像系统的控制装置根据数据信息进行分析并重建待成像生物样品的三维多模态图像。

其中，本方法的步骤S20的成像操作过程中，当PET成像装置20和SPECT成像装置30同时开启时，对PET成像装置20和SPECT成像装置30同时设置预设能量阀值，使PET成像装置20探测到能量值大于预设能量阀值的γ射线，使SPECT成像装置30探测到能量值小于预设能量阀值的γ射线。

此外，在步骤S20的成像操作过程中，当开启CT成像装置时，旋转装置相对于待成像生物样品转过一个圆周后关闭CT成像装置以结束CT数据信息的采集操作，关闭CT成像装置是为了降低CT辐射剂量。

或者，在步骤S20的成像操作过程中，当开启CT成像装置时，先保持旋转装置50不动，并使待成像生物样品60在容纳空间内转动，然后在成像生物样品60转动的同时使旋转装置50转动一个角度增量该角度增量可以是1°～180°之间的任意角度值，在旋转装置50转动一个角度增量的过程中关闭CT成像装置以结束CT数据信息的采集操作。在旋转装置50完成了一个角度增量之后，将旋转装置50保持静止一段时间(大于1s)，在完成CT数据信息采集之后可以将CT成像装置关闭，也可以提早关闭，以降低CT辐射剂量。然后旋转装置50在待成像生物样品60转动的同时继续转动角度增量，并且之后停止1s以上时间。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。