本發(fā)明涉及醫(yī)療影像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

熒光散射光學(xué)斷層成像(Fluorescence Diffuse Optical Tomography，F(xiàn)DOT)技術(shù)與MRI、CT、PET相比，具有造價(jià)便宜、宜操作、無(wú)輻射的優(yōu)點(diǎn)，常用在小動(dòng)物活體成像上。FDOT技術(shù)的工作原理為，使用激光在某一平面內(nèi)掃描，事先在小動(dòng)物體內(nèi)植入腫瘤和相應(yīng)靶向熒光試劑，熒光試劑受激光激發(fā)，發(fā)射近紅外光，通過(guò)檢測(cè)器來(lái)獲得激發(fā)光的圖片，通過(guò)精準(zhǔn)三維重建來(lái)確定腫瘤在動(dòng)物體內(nèi)的位置和分布情況。但是現(xiàn)有的FDOT技術(shù)的重建難度較大、在深度信息上往往不準(zhǔn)確，采集數(shù)據(jù)的時(shí)間周期較長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)，用以獲得較為準(zhǔn)確的深度信息，降低重建難度且縮短數(shù)據(jù)采集周期，該熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)包括：

載物臺(tái)，用于承載樣品，所述樣品被植入納米材料，所述納米材料經(jīng)X射線照射發(fā)出冷光，經(jīng)激光照射發(fā)出熒光；

X射線源，用于向所述載物臺(tái)上的樣品發(fā)射X射線；

X射線平板探測(cè)器，用于獲得所述樣品經(jīng)X射線照射的CT成像；

EMCCD，用于獲得所述樣品經(jīng)X射線照射的XLCT成像；

激光器，用于向所述樣品發(fā)射激光；

所述EMCCD還用于獲得所述樣品經(jīng)激光照射的激光圖像和熒光圖像，所述激光圖像、熒光圖像和CT成像用于重建FDOT成像。

一個(gè)實(shí)施例中，所述載物臺(tái)為旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)；所述X射線平板探測(cè)器具體用于獲得所述樣品在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)的多個(gè)角度的CT成像；所述EMCCD具體用于獲得所述樣品在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)的多個(gè)角度的XLCT成像。

一個(gè)實(shí)施例中，該熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)還包括：

微位移臺(tái)，用于通過(guò)夾持激光器的光纖頭來(lái)控制激光移動(dòng)；所述EMCCD具體用于獲得所述樣品經(jīng)移動(dòng)的激光照射的多個(gè)激光圖像和熒光圖像。

一個(gè)實(shí)施例中，該熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)還包括：

設(shè)于EMCCD與載物臺(tái)之間的濾光片，用于濾除所述樣品經(jīng)激光照射發(fā)出的熒光，使EMCCD獲得所述樣品經(jīng)激光照射的激光圖像；濾除所述激光器發(fā)出的激光，使EMCCD獲得所述樣品經(jīng)激光照射的熒光圖像。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種熒光散射光學(xué)斷層成像方法，用以獲得較為準(zhǔn)確的深度信息，降低重建難度且縮短數(shù)據(jù)采集周期，該熒光散射光學(xué)斷層成像方法包括：

在載物臺(tái)上放置樣品，所述樣品被植入納米材料，所述納米材料經(jīng)X射線照射發(fā)出冷光，經(jīng)激光照射發(fā)出熒光；

打開(kāi)X射線源及X射線平板探測(cè)器，X射線源向所述載物臺(tái)上的樣品發(fā)射X射線，X射線平板探測(cè)器獲得所述樣品經(jīng)X射線照射的CT成像；EMCCD獲得所述樣品經(jīng)X射線照射的XLCT成像；

關(guān)閉X射線源及X射線平板探測(cè)器，打開(kāi)激光器，激光器向所述樣品發(fā)射激光；EMCCD獲得所述樣品經(jīng)激光照射的激光圖像和熒光圖像；

根據(jù)所述CT成像、激光圖像和熒光圖像，重建得到FDOT成像。

一個(gè)實(shí)施例中，所述載物臺(tái)為旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)；所述樣品在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上旋轉(zhuǎn)；

X射線平板探測(cè)器獲得所述樣品經(jīng)X射線照射的CT成像，包括：X射線平板探測(cè)器獲得所述樣品在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)的多個(gè)角度的CT成像；

EMCCD獲得所述樣品經(jīng)X射線照射的XLCT成像，包括：EMCCD獲得所述樣品在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)的多個(gè)角度的XLCT成像。

一個(gè)實(shí)施例中，EMCCD獲得所述樣品經(jīng)X射線照射的XLCT成像，包括：

通過(guò)有限元方法解散射方程得到矩陣方程M·φ(r)＝F·ε·X(r)·ρ，再通過(guò)稀疏矩陣歸一化法解最小化問(wèn)題，得到ρ；根據(jù)ρ重建XLCT成像；

其中，r是位置；D(r)是擴(kuò)散系數(shù)，D(r)＝(3(μ_a(r)+(1-g)μ_s(r)))^-1；μ_a(r)是吸收系數(shù)；μ_s(r)是散射系數(shù)；g是各項(xiàng)異性參數(shù)；φ(r)是熒光強(qiáng)度；S(r)是光源；

M是光子密度；F是光發(fā)散的擴(kuò)散系數(shù)；ε是光學(xué)視野；X(r)是X射線強(qiáng)度；ρ是光發(fā)散的吸收系數(shù)；

A＝(M^-1F)·ε·X(r)；Φ＝A·ρ；λ是歸一性參數(shù)。

一個(gè)實(shí)施例中，該熒光散射光學(xué)斷層成像方法進(jìn)一步包括：微位移臺(tái)通過(guò)夾持激光器的光纖頭來(lái)控制激光移動(dòng)；

EMCCD獲得所述樣品經(jīng)激光照射的激光圖像和熒光圖像，包括：EMCCD獲得所述樣品經(jīng)移動(dòng)的激光照射的多個(gè)激光圖像和熒光圖像。

一個(gè)實(shí)施例中，EMCCD獲得所述樣品經(jīng)激光照射的激光圖像和熒光圖像，包括：

在EMCCD與載物臺(tái)之間放置濾光片，濾除所述樣品經(jīng)激光照射發(fā)出的熒光，EMCCD獲得所述樣品經(jīng)激光照射的激光圖像；

更換濾光片，濾除所述激光器發(fā)出的激光，EMCCD獲得所述樣品經(jīng)激光照射的熒光圖像。

一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所述CT成像、激光圖像和熒光圖像，重建得到FDOT成像，包括：

根據(jù)所述CT成像得到所述樣品的體表面信息；

根據(jù)所述樣品的體表面信息，所述EMCCD、樣品和激光器的位置信息，以及所述激光圖像和熒光圖像，重建得到FDOT成像。

本發(fā)明實(shí)施例中，樣品植入納米材料，該納米材料經(jīng)X射線照射發(fā)出冷光，經(jīng)激光照射發(fā)出熒光；X射線源向樣品發(fā)射X射線，X射線平板探測(cè)器獲得樣品經(jīng)X射線照射的CT成像，EMCCD獲得樣品經(jīng)X射線照射的XLCT成像；激光器向樣品發(fā)射激光，EMCCD獲得樣品經(jīng)激光照射的激光圖像和熒光圖像；激光圖像、熒光圖像和CT成像用來(lái)重建FDOT成像，使FDOT成像系統(tǒng)與CT、XLCT成像系統(tǒng)相融合，可以在短時(shí)間內(nèi)完成CT、XLCT和FDOT成像，縮短數(shù)據(jù)采集周期，并且可以彌補(bǔ)FDOT在深度信息上的不足，獲得較為準(zhǔn)確的深度信息，降低重建難度。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)分解的CT成像系統(tǒng)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)分解的XLCT成像系統(tǒng)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)分解的FDOT成像系統(tǒng)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像方法的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

為了獲得較為準(zhǔn)確的深度信息，降低重建難度且縮短數(shù)據(jù)采集周期，本發(fā)明實(shí)施例提供一種熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)，該熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)將FDOT成像技術(shù)與CT(Computed Tomography，電子計(jì)算機(jī)斷層掃描)成像技術(shù)、XLCT(X射線激發(fā)冷光斷層成像，X-ray Luminescence Computed Tomography))成像技術(shù)在空間上相融合，以CT、XLCT成像融合FDOT成像，彌補(bǔ)FDOT成像在深度信息上的不足，從而在重建后得到精準(zhǔn)的腫瘤分布深度信息，大幅度地提高成像質(zhì)量，降低重建難度且縮短數(shù)據(jù)采集周期。其中CT成像作為FDOT成像采集數(shù)據(jù)的先驗(yàn)信息，F(xiàn)DOT系統(tǒng)與CT成像系統(tǒng)融合，可以使FDOT成像系統(tǒng)所提供的功能圖像在與CT成像進(jìn)行比較和處理的過(guò)程中，借助由CT成像所提供的空間結(jié)構(gòu)而更直觀準(zhǔn)確地被呈現(xiàn)出來(lái)，XLCT成像系統(tǒng)與FDOT成像系統(tǒng)在空間上融合，可以得到準(zhǔn)確的先驗(yàn)信息與熒光信息。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)可以包括：

載物臺(tái)，用于承載樣品，該樣品被植入納米材料，該納米材料經(jīng)X射線照射發(fā)出冷光，經(jīng)激光照射發(fā)出熒光；

X射線源，用于向載物臺(tái)上的樣品發(fā)射X射線；

X射線平板探測(cè)器，用于獲得樣品經(jīng)X射線照射的CT成像；

EMCCD，用于獲得樣品經(jīng)X射線照射的XLCT成像；

激光器，用于向樣品發(fā)射激光；

EMCCD還用于獲得樣品經(jīng)激光照射的激光圖像和熒光圖像，激光圖像、熒光圖像和CT成像用于重建FDOT成像。

由圖1所示結(jié)構(gòu)可以得知，本發(fā)明實(shí)施例的熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)采用了將FDOT成像系統(tǒng)與CT成像系統(tǒng)和XLCT成像系統(tǒng)相融合的方式，在短時(shí)間內(nèi)完成XLCT、FDOT、CT成像，將CT成像、XLCT成像與FDOT成像融合。如圖2-4所示，該熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)可以分解為CT成像系統(tǒng)、XLCT成像系統(tǒng)和FDOT成像系統(tǒng)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)分解的CT成像系統(tǒng)示意圖。如圖2所示，該分解的CT成像系統(tǒng)包括X射線源和X射線平板探測(cè)器。由X射線源發(fā)出X射線，X射線平板探測(cè)器檢測(cè)到X射線信號(hào)，重建得到CT成像。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)分解的XLCT成像系統(tǒng)示意圖。如圖3所示，該分解的XLCT成像系統(tǒng)包括X射線源和EMCCD(CCD相機(jī))。圖3中還包括了濾光片。X射線源向樣品發(fā)射X射線，樣品中的納米材料經(jīng)X射線照射發(fā)出冷光，EMCCD采集冷光，重建出XLCT成像。XLCT技術(shù)是當(dāng)前科學(xué)研究的熱門(mén)，為X射線分子影像開(kāi)創(chuàng)了新的可能。在XLCT成像系統(tǒng)中，納米材料可以在X射線下激發(fā)出近紅外光，因?yàn)閄射線和近紅外光在組織內(nèi)有長(zhǎng)的穿透性，它們很適于在生物體內(nèi)成像。在XLCT成像系統(tǒng)中，斷層圖像從一系列的X射線激發(fā)獲得冷光，被高靈敏度的CCD(Charge-Coupled Device)獲得。最近，大量的研究放在通過(guò)納米材料的特性提升生物影像。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)分解的FDOT成像系統(tǒng)示意圖。如圖4所示，該分解的FDOT成像系統(tǒng)包括激光器和EMCCD。激光器向樣品發(fā)射激光，樣品中的納米材料經(jīng)激光照射發(fā)出熒光，EMCCD獲得采集樣品的激光圖像和熒光圖像。圖4中還示出了可能包含的準(zhǔn)直器，激光器為近紅外激光器。

具體實(shí)施時(shí)，載物臺(tái)可以是旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，X射線平板探測(cè)器可以獲得樣品在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)的多個(gè)角度的CT成像，EMCCD可以獲得樣品在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)的多個(gè)角度的XLCT成像。例如在圖3所示的分解的XLCT成像系統(tǒng)中，由X射線源激發(fā)樣品中的納米材料發(fā)出冷光，樣品在載物臺(tái)上旋轉(zhuǎn)，EMCCD獲得各個(gè)角度的樣品冷光成像。

具體實(shí)施時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例的熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)還可以包括：微位移臺(tái)，用于通過(guò)夾持激光器的光纖頭來(lái)控制激光移動(dòng)；EMCCD具體用于獲得樣品經(jīng)移動(dòng)的激光照射的多個(gè)激光圖像和熒光圖像。

具體實(shí)施時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例的熒光散射光學(xué)斷層成像系統(tǒng)還可以包括：設(shè)于EMCCD與載物臺(tái)之間的濾光片，用于濾除樣品經(jīng)激光照射發(fā)出的熒光，使EMCCD獲得樣品經(jīng)激光照射的激光圖像；濾除激光器發(fā)出的激光，使EMCCD獲得樣品經(jīng)激光照射的熒光圖像。

例如，在圖4所示的分解的FDOT成像系統(tǒng)中，包括了激光器、微位移臺(tái)、載物臺(tái)、濾波片和EMCCD。由微位移臺(tái)夾持激光器的光纖頭來(lái)控制激光移動(dòng)。再如圖1所示，激光器從右往左發(fā)射激光，在平行于EMCCD的平面內(nèi)掃描到樣品，樣品中納米材料例如位于小動(dòng)物的腫瘤區(qū)域，納米材料被激發(fā)出熒光并由EMCCD采集，最后通過(guò)FDOT重建算法可以重建出小動(dòng)物體內(nèi)的熒光分布。

實(shí)施例中，假定xy平面為水平面，z軸為垂直水平面的軸，EMCCD、X射線源、激光器、X射線平板探測(cè)器在xy平面，當(dāng)然EMCCD、X射線源、激光器、X射線平板探測(cè)器不限于在xy平面，在某個(gè)平面內(nèi)即可，此處以在xy平面為例進(jìn)行說(shuō)明。由二維微位移臺(tái)搭載激光光纖頭，激光在EMCCD相對(duì)的平面即xz平面上照到物體上。激光光纖在一個(gè)平面內(nèi)沿設(shè)定好的位置移動(dòng)，移動(dòng)方式可以有多種，例如，激光掃描的位置可以采用沿x軸每隔一定距離移動(dòng)一個(gè)位置，移動(dòng)N次；z軸每隔一定距離移動(dòng)一個(gè)位置，移動(dòng)N次，形成激光的陣列——(N+1)×(N+1)的矩陣；或者可以采用以某一點(diǎn)為圓心，沿著圓周每隔一定角度移動(dòng)一個(gè)位置的方法。EMCCD通過(guò)濾光片，分別濾掉激光和熒光，采集物體體內(nèi)發(fā)出的熒光圖像和激光照到物體上的圖像。通過(guò)重建算法進(jìn)行FDOT三維重建，得到物體內(nèi)熒光分布等精準(zhǔn)位置信息。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像方法的示意圖。如圖5所示，該熒光散射光學(xué)斷層成像方法可以包括：

步驟501、在載物臺(tái)上放置樣品，該樣品被植入納米材料，該納米材料經(jīng)X射線照射發(fā)出冷光，經(jīng)激光照射發(fā)出熒光；

步驟502、打開(kāi)X射線源及X射線平板探測(cè)器，X射線源向載物臺(tái)上的樣品發(fā)射X射線，X射線平板探測(cè)器獲得樣品經(jīng)X射線照射的CT成像；EMCCD獲得樣品經(jīng)X射線照射的XLCT成像；

步驟503、關(guān)閉X射線源及X射線平板探測(cè)器，打開(kāi)激光器，激光器向樣品發(fā)射激光；EMCCD獲得樣品經(jīng)激光照射的激光圖像和熒光圖像；

步驟504、根據(jù)CT成像、激光圖像和熒光圖像，重建得到FDOT成像。

具體實(shí)施時(shí)，載物臺(tái)可以為旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)；樣品在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上旋轉(zhuǎn)；X射線平板探測(cè)器獲得樣品經(jīng)X射線照射的CT成像，可以包括：X射線平板探測(cè)器獲得樣品在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)的多個(gè)角度的CT成像；EMCCD獲得樣品經(jīng)X射線照射的XLCT成像，可以包括：EMCCD獲得樣品在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)的多個(gè)角度的XLCT成像。

具體實(shí)施時(shí)，該熒光散射光學(xué)斷層成像方法可以進(jìn)一步包括：微位移臺(tái)通過(guò)夾持激光器的光纖頭來(lái)控制激光移動(dòng)；EMCCD獲得樣品經(jīng)激光照射的激光圖像和熒光圖像，可以包括：EMCCD獲得樣品經(jīng)移動(dòng)的激光照射的多個(gè)激光圖像和熒光圖像。

具體實(shí)施時(shí)，EMCCD獲得樣品經(jīng)激光照射的激光圖像和熒光圖像，可以包括：在EMCCD與載物臺(tái)之間放置濾光片，濾除樣品經(jīng)激光照射發(fā)出的熒光，EMCCD獲得樣品經(jīng)激光照射的激光圖像；更換濾光片，濾除激光器發(fā)出的激光，EMCCD獲得樣品經(jīng)激光照射的熒光圖像。

下面給出一個(gè)具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中熒光散射光學(xué)斷層成像方法的工作過(guò)程，本例中工作過(guò)程可以包括：

1、先在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上放置需被重建的物體，物體內(nèi)含有某種納米材料，該納米材料在相應(yīng)激發(fā)光源下能夠發(fā)出近紅外的熒光，在X射線下可以發(fā)出冷光，調(diào)整EMCCD視野至能夠覆蓋整個(gè)物體；

2、打開(kāi)X射線源和X射線平板探測(cè)器；

3、使旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)以一定速度旋轉(zhuǎn)，由X射線平板探測(cè)器采集到樣品圖像，重建出樣品的CT成像；

4、同時(shí)由EMCCD采集樣品上發(fā)出的冷光，由XLCT重建算法得到XLCT成像；

5、關(guān)閉X射線源和X射線平板探測(cè)器；

6、打開(kāi)激光器；

7、操作夾持激光器光纖的二維微位移臺(tái)，使之按預(yù)設(shè)方式移動(dòng)，即移動(dòng)激光光纖頭的位置，使之在不同的位置發(fā)射激光；

8、在EMCCD前放上濾光片，濾掉物體發(fā)出的熒光，只采集激光圖像，例如物體在488nm下受到激發(fā)，發(fā)出600nm-700nm的熒光，首先放置的濾光片為488nm窄帶通(通帶10nm)的濾光片，只讓EMCCD采集到488nm的光線；

9、更改濾光片，采集熒光圖像，例如物體在488nm下受到激發(fā)，發(fā)出600nm-700nm的熒光，更改濾光片為600nm以上長(zhǎng)通的濾光片，使EMCCD采集到熒光圖像；

10、由CT成像、EMCCD采集的熒光、激光圖像，作為FDOT的輸入文件，重建得到FDOT成像。

具體實(shí)施時(shí)，EMCCD獲得樣品經(jīng)X射線照射的XLCT成像，可以包括：

通過(guò)有限元方法解散射方程得到矩陣方程M·φ(r)＝F·ε·X(r)·ρ，再通過(guò)稀疏矩陣歸一化法解最小化問(wèn)題，得到ρ；根據(jù)ρ重建XLCT成像；

其中，r是位置；D(r)是擴(kuò)散系數(shù)，D(r)＝(3(μ_a(r)+(1-g)μ_s(r)))^-1；μ_a(r)是吸收系數(shù)；μ_s(r)是散射系數(shù)；g是各項(xiàng)異性參數(shù)；φ(r)是熒光強(qiáng)度；S(r)是光源；

M是光子密度；F是光發(fā)散的擴(kuò)散系數(shù)；ε是光學(xué)視野；X(r)是X射線強(qiáng)度；ρ是光發(fā)散的吸收系數(shù)；

A＝(M^-1F)·ε·X(r)；Φ＝A·ρ；λ是歸一性參數(shù)。

下面詳細(xì)介紹XLCT成像系統(tǒng)重建XLCT成像的過(guò)程及原理：

X射線從X射線源發(fā)出，穿過(guò)被檢測(cè)的物體。當(dāng)X射線穿過(guò)物體時(shí)，物體發(fā)出近紅外光如公式(1)：

S(r)＝εX(r)ρ(r) (1)

其中，r是位置，S(r)是光源，X(r)是X射線強(qiáng)度，ρ(r)是納米光學(xué)強(qiáng)度，ε是光學(xué)視野。

根據(jù)lambert-beers準(zhǔn)則，當(dāng)X射線穿過(guò)物體時(shí)，X射線強(qiáng)度分布如下：

$X\left(r\right)=X_0\exp \{-{\∫}_{r_0}^r{\mathrm{\μ}}_t\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}\}---\left(2\right)$

其中，X₀是在原始位置r₀的X射線強(qiáng)度，μ_t(τ)是X射線在位置τ的衰減系數(shù)。X射線強(qiáng)度X(r)根據(jù)公式(2)計(jì)算得到。

光線在生物軟體組織中的模型可以通過(guò)散射方程得到。因?yàn)檐浗M織在近紅外領(lǐng)域的高散射性和低吸收性，傳輸方程可以表達(dá)為：

$-\▿\·\[D\left(r\right)\▿\mathrm{\φ}\left(r\right)\]+{\mathrm{\μ}}_a\left(r\right)\mathrm{\φ}\left(r\right)=S\left(r\right)---\left(3\right)$

其中，D(r)是擴(kuò)散系數(shù)，D(r)＝(3(μ_a(r)+(1-g)μ_s(r)))^-1；μ_a(r)是吸收系數(shù)；μ_s(r)是散射系數(shù)；g是各項(xiàng)異性參數(shù)；φ(r)是熒光強(qiáng)度。

有限元方法廣泛用來(lái)解散射方程，根據(jù)有限元理論，可以獲得如下矩陣方程：

M·φ(r)＝F·ε·X(r)·ρ (4)

其中，M是光子密度；F是光發(fā)散的擴(kuò)散系數(shù)；ε是光學(xué)視野；X(r)是X射線強(qiáng)度；ρ是光發(fā)散的吸收系數(shù)。

在上面的光學(xué)傳輸方程基礎(chǔ)上，從物體表面發(fā)射的光，重建了X射線冷光在物體內(nèi)的3D分布。因?yàn)楣庠谏矬w組織的高散射性，重建是一個(gè)困難的問(wèn)題。在采集數(shù)據(jù)的微小的時(shí)序?qū)?dǎo)致大量的重建問(wèn)題。

因?yàn)榫仃嘙在公式(4)中是有限的；

Φ＝A·ρ (5)

這里，A＝(M^-1F)·ε·X(r)。

公式(5)在樣品分布和近紅外檢測(cè)之間建立了線性關(guān)系。X射線冷光樣品的重建是修復(fù)了X射線冷光樣品的強(qiáng)度和采集到的熒光強(qiáng)度。通過(guò)將XLCT成像系統(tǒng)與FDOT成像系統(tǒng)融合，同時(shí)采集熒光信息和近紅外冷光信息，可以使得圖像能夠在各個(gè)角度(空間、時(shí)間)上匹配，彌補(bǔ)FDOT在深度信息上的不足。因?yàn)樵跈z測(cè)數(shù)據(jù)中存在噪聲，和重建的病態(tài)性，從公式(5)中很難解出ρ。在大多數(shù)的生物應(yīng)用中，X射線冷光在生物體內(nèi)稀疏分布，所以稀疏歸一化法可以被用于解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)最小化下式得到ρ：

$min\left\{\right||A\mathrm{\ρ}-\mathrm{\Φ}|{|}_2^2+\mathrm{\λ}\left|\right|\mathrm{\ρ}\left|{|}_1\right\}$

λ是歸一性參數(shù)。

在獲得CT成像、激光圖像和熒光圖像后，可以根據(jù)CT成像、激光圖像和熒光圖像，重建得到FDOT成像。具體的，可以根據(jù)CT成像得到樣品的體表面信息；根據(jù)樣品的體表面信息，EMCCD、樣品和激光器的位置信息，以及激光圖像和熒光圖像，重建得到FDOT成像。例如，首先通過(guò)CT成像，得到樣品360度的成像信息，通過(guò)toastmakemesh生成樣品的體表面信息；再通過(guò)FDOT成像的實(shí)驗(yàn)步驟，得到樣品的熒光圖像、激光圖像，結(jié)合CCD、樣品、激光源的位置信息，以及體表面信息，可以重建得到熒光在樣品中的分布圖。FDOT重建算法可以主要調(diào)用toast++，小波變換，iso2mesh等開(kāi)源程序包來(lái)完成整個(gè)重建算法，其中可以采用Galerkin FEM，zero-order Tikhonov regularization去處理采集到的稀疏熒光信息矩陣。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例中，樣品植入納米材料，該納米材料經(jīng)X射線照射發(fā)出冷光，經(jīng)激光照射發(fā)出熒光；X射線源向樣品發(fā)射X射線，X射線平板探測(cè)器獲得樣品經(jīng)X射線照射的CT成像，EMCCD獲得樣品經(jīng)X射線照射的XLCT成像；激光器向樣品發(fā)射激光，EMCCD獲得樣品經(jīng)激光照射的激光圖像和熒光圖像；激光圖像、熒光圖像和CT成像用來(lái)重建FDOT成像，使FDOT成像系統(tǒng)與CT、XLCT成像系統(tǒng)相融合，可以在短時(shí)間內(nèi)完成CT、XLCT和FDOT成像，縮短數(shù)據(jù)采集周期，并且可以彌補(bǔ)FDOT在深度信息上的不足，獲得較為準(zhǔn)確的深度信息，降低重建難度。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤(pán)存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專(zhuān)用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。