手持式光学、伽马探测器一体化成像系统和方法与流程

本发明涉及一种医学成像导航系统，特别是涉及一种手持式光学、伽马探测器一体化成像系统和方法。

背景技术：

随着分子影像技术的不断发展，目前在医学成像领域出现了多种成像方法，例如核磁共振成像、X光机成像、单光子发射计算机断层成像(SPECT)、正电子发射计算机断层扫描(PET)和伽马照相机。这些成像方法为疾病诊断提供了巨大的支持。伽马成像探测器具有空间分别率高、信噪比高和视野大的优点，因而在临床上逐渐受到人们的重视。

传统医学成像方法大都是单模态成像，即一幅医学影像只是一种成像方法得到的图像，近年来，多模态成像逐渐受到人们重视。将多种成像方法结合在一起，充分发挥各种方法的成像优点，可以得到更加精确的病灶影像，从而有利于分析病人的病情。伽马成像探测器虽然有许多优点，但也有无法精准定位的缺陷，所以可以利用光信号采集器得到白光图像，然后与伽马图像融合，能够更加精准地确定病灶在人体内的位置。并且，由于一种成像方式往往只能得到目标对象的部分信息，将多种成像方式结合的多模态成像方式可以对目标进行整体的成像，而多模态成像的一个难点是如何将不同方式和时间得到的图像进行融合，图像融合的精准性直接决定了图像显示的效果。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种手持式光学、伽马探测器一体化成像系统和方法，以解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种手持式光学、伽马探测器一体化成像系统，包括：

光源模块，用于为系统提供可见光光源，照射目标区域；

光信号采集模块，用于采集目标区域反射的可见光，生成可见光图像；

核放射射线源，用于向目标区域发射伽马射线；

伽马探测模块，其中包括一个伽马射线探测装置，用于对目标区域反射的伽马射线进行检测；

计算机模块，用于对光信号采集模块和伽马探测模块采集到的数据进行处理，并将其融合成一张图像。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种手持式光学、伽马探测器一体化成像方法，包括以下步骤：

将成像目标放置在成像区域内，用伽马射线对成像目标进行照射，采集伽马射线图像信号，并传输给计算机模块；

用可见光光源对成像目标照射，采集可见光图像信号，并传输给计算机模块；

计算机模块对输入的可见光图像信号和伽马射线图像信号进行运算，并根据运算结果进行图像融合，将融合的图像显示在计算机显示器上；

其中，计算机模块进行融合运算的步骤包括：

步骤101，读取采集到的可见光图像信号和伽马射线图像信号；

步骤102，将采集到的可见光图像信号和伽马射线图像信号强度赋值给矩阵A和矩阵B，同时初始化计数器i和j；

步骤103，计算可见光图像信号强度的均值，然后利用均值求出矩阵A的方差，并将其赋值给变量DA；

步骤104，计算伽马射线图像信号强度的均值，然后利用均值求出矩阵B的方差，赋值给变量DB；

步骤105，利用矩阵A和矩阵B、变量DA和DB，计算出矩阵A和B的协方差系数；

步骤106，得到协方差系数后，重复步骤103至105，比较两个系数的大小，取值较大者，并记录下此时变量i和j的值；所述变量i和j的值代表两个程序变量，用于记录运算过程中矩阵的顶点坐标；

步骤107，对伽马射线图像信号增加伪绿，采用步骤106得到的顶点坐标拼合所述可见光图像信号和伽马射线伪绿色图像信号。

基于上述技术方案可知，本发明采用伽马探测器和可见光信号采集器分别对成像目标进行成像，然后利用计算机模块进行图像处理，将两种模态的图像拼合在一起，实现了伽马图像和可见光图像融合的效果；本发明综合利用了两种图像的优点，提高了成像的定位精确性和空间分辨率；整个系统分别采用可见光相机和伽马检测器同时进行图像实时采集，并通过计算机模块对可见光图像和伽马射线图像进行融合，然后通过显示器进行动态显示，该系统结合了可见光和伽马射线各自成像的特点，易于实用，可以用于病灶组织的连续动态的观察，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的手持式光学、伽马探测器一体化成像系统的组织结构图；

图2是本发明的手持式光学、伽马探测器一体化成像系统的原理图；

图3是本发明的伽马探测器的外观示意图；

图4是本发明的计算机模块的处理流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明结合伽马射线成像和白光成像的特点，同时采用白光相机和伽马成像探测器来实现白光图像、伽马图像以及拼合图像的获取功能，同样达到两幅图像同时显示的目的。系统所拍摄的视频和图像均可以达到良好效果，并且做成手持式设备，方便应用。

具体地，本发明公开了一种手持式光学、伽马探测器一体化成像系统，包括：

光源模块，用于为系统提供可见光光源，照射目标区域；

光信号采集模块，用于采集目标区域反射的可见光，生成可见光图像；

核放射线源，一般指医用放射性核素探针(如¹⁸F，¹³¹I，⁶⁴Cu等)衰变产生的伽马射线；

伽马探测模块，其中包括一个伽马射线探测装置，用于对目标区域反射的伽马射线进行检测；

计算机模块，用于对光信号采集模块和伽马探测模块采集到的数据进行处理，并在同一张图像上显示。

其中，光源模块可以为各种可见光光源，例如卤素灯、激光等，优选包括卤素灯光源和一个滤光片，其光谱范围为400-650nm，优选输出光颜色为白色。

其中，光信号采集模块包括各种光采集元件的任一种，例如CCD、CMOS等，优选为一个镜头、一个滤光片和一个白光相机的组合，其中滤光片的光谱范围优选为400-650nm。白光相机的分辨率不要求太高，例如设置为1024*1024。

伽马探测器模块包括一种伽马信号采集器，如闪烁体探测器或者半导体探测器。另外还需要一条数据线，用于将采集到的信号传输到计算机中。

计算机模块包括：

数据读取模块，用于读取光信号采集模块和伽马射线探测装置采集到的信号；

图像处理模块，对数据读取模块读取到的信号进行相应处理并进行融合；以及

图像显示模块，用于在显示器上显示图像处理模块融合后的图像。

作为优选，该一体化成像系统还包括手柄和机械控制系统，用于该一体化成像系统采集角度和位置的调节。

本发明还公开了一种手持式光学、伽马探测器一体化成像方法，包括以下步骤：

将成像目标放置在成像区域内，用伽马射线对成像目标进行照射，采集伽马射线图像信号，并传输给计算机模块；

用可见光光源对成像目标照射，采集可见光图像信号，并传输给计算机模块；

计算机模块对输入的可见光图像信号和伽马射线图像信号进行运算，并根据运算结果进行图像融合，将融合的图像显示在计算机显示器上；

其中，计算机模块进行融合运算的步骤包括：

步骤101，读取采集到的可见光图像信号和伽马射线图像信号；

步骤102，将采集到的可见光图像信号和伽马射线图像信号强度赋值给矩阵A和矩阵B，同时初始化计数器i和j；

步骤103，计算可见光图像信号强度的均值，然后利用均值求出矩阵A的方差，并将其赋值给变量DA；

步骤104，计算伽马射线图像信号强度的均值，然后利用均值求出矩阵B的方差，赋值给变量DB；

步骤105，利用矩阵A和矩阵B、变量DA和DB，计算出矩阵A和B的协方差系数；

步骤106，得到协方差系数后，重复步骤103至105，比较两个系数的大小，取值较大者，并记录下此时变量i和j的值；所述变量i和j的值代表两个程序变量，用于记录运算过程中矩阵的顶点坐标；

步骤107，对伽马射线图像信号增加伪绿，采用步骤106得到的顶点坐标拼合所述可见光图像信号和伽马射线伪绿色图像信号。

为了使本发明的目的、技术方面和优点，下面结合附图对本发明的一个优选实施方式做详细的描述。

如图1所示，本发明的手持式光学、伽马探测器一体化成像系统，包括：

外部封装模块101，用于封装系统各个部件并提供操作接口；

光源模块105，用于向系统提供可见光；

光学信号采集模块110，用于采集白光图像；

伽马探测模块109，用于采集伽马射线，得到伽马图像；

计算机模块115，包括流程控制模块116、数据读取模块117、图像处理模块118和图像显示模块119；其中流程控制模块116用于控制各个部件的启动与停止及其顺序；数据读取模块117主要负责对采集得到的信号进行读取；图像处理模块118负责对提取的信号进行处理，并将两幅图像叠加融合；图像显示模块119将处理后的图像显示在计算机显示器上。

其中：

外部封装模块101包括外壳102、手柄103和机械控制系统104

外壳102用于包装系统各个模块，包括光源模块105、伽马探测模块109等等，手柄103方便手持，机械控制模块104是由按钮、传动器等组成的一套机械控制系统，是操作本发明的接口，使用时可以通过该机械控制系统控制本发明的一体化成像系统的工作。

光源模块105包括卤素灯白光光源106和第一滤波片107。第一滤光片107表示带通滤光片，光谱范围是400-650nm，也就是可见光波段，放置在卤素灯白光光源106前端，用于去除卤素灯白光光源106发射出的其他波段信号；第一滤光片107上套有金属环，环外有一圈外螺纹，外形类似市面上销售的UV镜。卤素灯白光光源的电源线从底部小孔引出，接上电源适配器，滤光片放置在滤波槽内，卤素等白光光源106产生的光信号通过光纤引出。

光信号采集模块110包括镜头111、第二滤光片112和白光相机113。第二滤光片112放置在白光相机113的进光口处，镜头111需与白光相机113通过小孔对接，并且按照中轴线进行对齐。白光相机有数据线通过侧方小孔引出，连接到计算机模块115，以便计算机模块115对其进行控制和数据读取。第二滤光片112表示带通滤光片，光谱范围是400-650nm，同样为可见光波段，放置在白光相机镜头前端，去除其他波段信号。

伽马探测模块114包括一个伽马成像探测器，它的结构如图3所示。伽马探测器放置在白光相机的前端侧边，如图2所示，同样有数据线通过侧方小孔引出，连接到计算机模块115。

计算机模块115包括流程控制模块116、数据读取模块117、图像处理模块118和图像显示模块119。流程控制模块116通过数据线和白光相机113、伽马探测器114相连，使用者可以通过流程控制模块使白光相机113、伽马探测器114工作。数据读取模块117会从数据线中读取白光相机113、伽马探测器114采集到的数据信号，图像处理模块118对数据读取模块117得到的图像进行图像处理和拼合操作。图像显示模块119可以将图像处理模块118处理过的图像显示在计算机显示器上。

如图2所示，为本发明的手持式光学、伽马探测器一体化成像系统的原理图，其中：

白光相机113，用于采集白光图像。

镜头111，用于调节使得成像清晰。

第二滤光片112，用于得到特定波段光信号。

伽马探测器114，用于检测医用放射性核素衰变产生的伽马射线。

卤素灯白光光源106，用于提供可见光。

第一滤光片107，用于去除其他波段信号。

成像区域108，放置需要进行成像的对象。

计算机模块115，用于控制系统工作和图像处理。

外壳102，用于封装系统各个模块。

数据线，用于传输采集白光相机113和伽马探测器114采集得到的图像信号。

图3是伽马探测器的外观结构示意图。

下面描述本发明的图像融合处理方法。

待成像的对象放置在成像区域108内，用伽马射线109对成像目标进行照射，调整好伽马探测器的位置，可以采集到伽马信号，经数据线传入到计算机模块中。

用卤素灯白光光源106对成像区域照射，调整好滤光片107、112的角度和位置，调整好白光相机113镜头111的焦距，经数据线传入到计算机模块115中。

计算机模块115的数据读取模块117不间断地从数据线中读取数据到计算机中。

计算机模块115中的图像显示模块119对得到的图像进行实时显示。

计算机模块115中的流程控制模块116可以切换到拍照模式，获取一组图像并进行存档。

图像处理模块118对存档的图像进行运算，计算分割点，图像处理模块118根据计算出的分割点进行图像融合，图像显示模块119将处理后的图像显示在计算机显示器上。

对图像进行校准。调准白光相机的焦距，获取一组校准图像。

下面介绍图像处理模块的处理方法。

图4是图像处理模块的计算算法流程图，如图所示，该处理方法包括以下步骤：

步骤201：计算机读取白光相机和伽马探测器采集到的图像，分别赋值给矩阵A和B；

步骤202：分别计算矩阵A和矩阵B各个像素点的均值mA和mB；

步骤203：利用mA和mB计算矩阵A、B矩阵的协方差和相关系数；

步骤204：得到相关系数后，重复步骤202、203，比较两个相关系数的大小，取较大值，并记录此时i、j的数值；

步骤205：迭代运算200次，重复步骤204，当循环结束时，最终返回i、j的值，公式中i、j代表两个程序变量，用于记录运算过程中矩阵的顶点坐标。

步骤206：对伽马图像增加伪绿，用上述步骤得到的分割点拼合白光图像和伽马伪绿色图像。

实施例

各个模块按照图2组装好。

卤素灯白光光源对成像区进行照射，同时用伽马射线进行照射。

流程控制模块116控制采集白光图像和伽马图像，光学信号采集模块110调整镜头111焦距知道成像清晰，采集到图像后保存。

图像处理模块117按照上述方法进行处理，将两幅图像融合，为获取的图像增加伪彩绿。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。