X射线调制的X射线激发发光成像系统及其成像方法

摘要

本发明公开了X射线调制的X射线激发发光成像系统及其成像方法。X射线激发发光断层成像是利用X射线激发特定实验材料，利用激发出的近红外光信号进行成像。本发明X射线调制的X射线激发发光成像系统，包括X射线束调制装置、CT子系统、光学子系统和安装板。X射线束调制装置包括X射线调制板和第一电动滑台；CT子系统包括第一固定块、锥束X射线发射器、X射线探测器、第二电动滑台、第二固定块和旋转台；光学子系统包括平面镜组、第一升降台、CCD相机和第二升降台。本发明同时获取待成像物体表面的荧光信号以及穿过待成像物体的X射线信号，并将该两种信号进行重建和融合，实现了多模态成像。

说明书

技术领域

本发明属于生物医学影像技术领域，具体涉及一种X射线调制的X射线激发发光成像系统及其成像方法。

背景技术

X射线激发发光断层成像是利用X射线激发特定实验材料，利用激发出的近红外光信号进行成像，旨在获得该实验材料的空间分布信息，从而实现X射线在体分子的示踪成像。

C.T.Badea等人在“Investigations on x-ray luminescence CT for smallanimal imaging,Physics of Medical Imaging,vol.8313,83130T,2012”中提出了窄束X射线发光重建方法，即利用窄束X射线照射待成像物体，CCD相机采集待成像物体的表面荧光信号，然后重建出待成像物体的荧光成像。其中该课题组利用两个铅板构成1mm的夹缝来形成窄束X射线，采用“平移-旋转”方式，仿体需要在每个角度扫描26次并且旋转24次才能完成整个扫描过程，扫描时间较长，收集到的荧光信号是单光谱的，用于荧光重建的信息不够丰富，且重建出来的效果不够精确。

为了进一步缩短扫描时间和降低X射线照射剂量，X.Liu等人在“In vivo x‐rayluminescence tomographic imaging with single‐view data,Optics Letters,38(22):p.4530‐4533,2013.”提出直接利用锥束X射线发射器激发药品。该小组为了进一步缩短扫描时间，创新性的提出仅使用一个角度的单次激发数据进行重建，并成功将其应用到在体小动物实验中。但是这样的激发方式不能充分利用X射线的选择激发和缩小可行区域的优势。

发明内容

本发明的目的在于针对现有问题，提供一种X射线调制的X射线激发发光成像系统及其成像方法。

本发明X射线调制的X射线激发发光成像系统，包括X射线束调制装置、CT子系统、光学子系统和安装板。所述的X射线束调制装置包括X射线调制板和第一电动滑台；所述的CT子系统包括第一固定块、锥束X射线发射器、X射线探测器、第二电动滑台、第二固定块和旋转台；所述的光学子系统包括平面镜组、第一升降台、CCD相机和第二升降台。

所述的第一固定块、第一电动滑台、旋转台、第二电动滑台、第一升降台和第二升降台均固定在安装板上。第一固定块、第一电动滑台和第二电动滑台布置在一条直线上，第一升降台和第二升降台布置在与该直线垂直的另一直线上。旋转台布置在该两条直线的交点上。第一电动滑台位于第一固定块与第二电动滑台之间。旋转台位于第一电动滑台与第二电动滑台之间，且位于第一升降台与第二升降台之间。

所述锥束X射线发射器的后端固定在第一固定块上。所述的X射线调制板固定在第一电动滑台的滑块上。所述的第二固定块固定在第二电动滑台的滑块上。所述X射线探测器的背侧固定在第二固定块上。锥束X射线发射器的X射线出射方向与第一电动滑台、第二电动滑台滑轨的轴线、X射线调制板的侧面及X射线探测器的接收面均垂直。X射线调制板侧面上开设有m个通槽，3≤m≤15，通槽上端开放，通槽槽宽为a毫米，0.5≤a≤1.5，相邻通槽的间距相等，且均为b毫米，2≤b≤10。

所述的平面镜组固定在第一升降台的升降台面上，平面镜组由第一平面镜和第二平面镜组成。所述第一平面镜与第二平面镜的镜面呈y°角相对设置，70≤y≤100。CCD相机固定在第二升降台的升降台面上。

所述的X射线调制板采用铅板。

所述的第一平面镜与第二平面镜镜面之间的夹角为90°。

该X射线调制的X射线激发发光成像系统的成像方法具体如下：

步骤一、将内部包含荧光物质的待成像物体放置在旋转台正中位置。

步骤二、锥束X射线发射器射出的X射线照射在X射线调制板上。X射线调制板上的m个通槽将X射线分隔为互不干涉的m道X射线束。m道X射线束穿透待成像物体照射在X射线探测器上，X射线探测器检测并记录下接收到的X射线束参数。

步骤三、CCD相机采集待成像物体被X射线照射后产生的荧光信号以及平面镜组反射出的荧光信号。

步骤四、第一电动滑台与第二电动滑台的滑块同步同向滑动a毫米。

步骤五、步骤三、四重复执行n次，n的值为b除以a的值向上取整后加一得到数值。步骤三重复的过程中第一电动滑台和第二电动滑台滑块滑动的方向不变。

步骤六、旋转台转动s°，s能够被360整除。第一电动滑台与第二电动滑台的滑块均回到初始位置。

步骤七、步骤三、四、五、六重复执行360/s次。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明既提高了X射线的利用率，又提高了X射线激发发光断层成像的成像质量。

2、本发明能够同时获取待成像物体表面的荧光信号以及穿过待成像物体的X射线信号，并将该两种信号进行重建和融合，实现了多模态成像。

3、本发明相比于窄束X射线激发的方法，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，相比于锥束X射线激发的方法，能够利用X射线束进行多区域的选择激发，进一步提高X射线激发发光断层成像的成像质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，X射线调制的X射线激发发光成像系统，包括X射线束调制装置、CT子系统、光学子系统和安装板。X射线束调制装置包括X射线调制板3和第一电动滑台4；CT子系统包括第一固定块1、锥束X射线发射器2、X射线探测器7、第二电动滑台10、第二固定块11和旋转台；光学子系统包括平面镜组5、第一升降台6、CCD相机8和第二升降台9。

第一固定块1、第一电动滑台4、旋转台、第二电动滑台10、第一升降台6和第二升降台9均固定在安装板上。第一固定块1、第一电动滑台4和第二电动滑台10布置在一条直线上，第一升降台6和第二升降台9布置在与该直线垂直的另一直线上。旋转台布置在该两条直线的交点上。第一电动滑台4位于第一固定块1与第二电动滑台10之间。旋转台位于第一电动滑台4与第二电动滑台10之间，且位于第一升降台6与第二升降台9之间。

锥束X射线发射器2的后端固定在第一固定块1上。X射线调制板3固定在第一电动滑台4的滑块上，X射线调制板3采用铅板。第二固定块11固定在第二电动滑台10的滑块上。X射线探测器7的背侧固定在第二固定块11上。锥束X射线发射器2的X射线出射方向与第一电动滑台4、第二电动滑台10滑轨的轴线、X射线调制板3的侧面及X射线探测器7的接收面均垂直。X射线调制板3侧面上开设有九个通槽，通槽上端开放，通槽槽宽为1mm，相邻通槽的间距均为3mm。

平面镜组5固定在第一升降台6的升降台面上，平面镜组5由第一平面镜和第二平面镜组成。第一平面镜与第二平面镜的镜面90°角相对设置。CCD相机8固定在第二升降台9的升降台面上，CCD相机8的摄像头朝内设置。

该X射线调制的X射线激发发光成像系统的成像方法具体如下：

步骤一、将内部包含荧光物质的待成像物体放置在旋转台正中位置。荧光物质为铕掺杂的硫氧化钆。

步骤二、锥束X射线发射器2射出的X射线照射在X射线调制板3上。X射线调制板3上的九个通槽将X射线分隔为互不干涉的九道X射线束。九道X射线束穿透待成像物体照射在X射线探测器7上，X射线探测器7检测并记录下接收到的X射线束参数。

步骤三、CCD相机8采集待成像物体被X射线照射后产生的荧光信号以及平面镜组5反射出的荧光信号。

步骤四、第一电动滑台4与第二电动滑台10的滑块同步同向滑动1mm。

步骤五、步骤三、四重复执行4次，步骤三重复的过程中第一电动滑台4和第二电动滑台10滑块滑动的方向不变。

步骤六、旋转台转动90°，第一电动滑台4与第二电动滑台10的滑块均回到初始位置。

步骤七、步骤三、四、五、六重复执行4次。