一种基于螺旋扫描轨道的光学投影断层成像方法

摘要

本发明公开了一种基于螺旋扫描轨道的光学投影断层成像(Optical Projection Tomography，OPT)方法，专门针对光学投影断层成像系统在螺旋扫描方式下获得的投影数据，通过数据重排将螺旋投影数据转化为一系列圆轨道扫描的正弦投影图，然后通过重建得到样本三维断层结构。本发明实施例可以有效的扩展光学投影断层成像的视野，特别是针对细长物体的成像视野。

主权项

1.一种基于螺旋扫描轨道的光学投影断层成像方法，其特征在于，包括：针对螺旋轨道扫描得到的一系列投影图，利用投影图的轴向位置和投影角度，按照以下公式计算三维重建体的成像视野：Fou_x=Fou_y=N×d_s$\mathrm{Fo}{u}_z=z_{\max }^p-z_{\min }^p+N\times d_s$其中Fou_x和Fou_y为径向成像视野，即水平方向的成像视野，单位为毫米，Fou_x表示在水平方向上的x轴上的位置，Fou_y表示在水平方向上的y轴上的位置，Fou_z为轴向成像视野，即竖直方向z轴的成像视野，单位为毫米，N为投影图的行数和列数，在螺旋扫描时，每扫描一个投影图，成像系统就会记录该投影图相应的z轴位置，为螺旋扫描时投影图z轴位置的最大值，为螺旋扫描时投影图z轴位置的最小值，单位为毫米，d_s为投影图的像素大小，单位为毫米，投影图z轴位置的最大、最小值按照以下公式计算：$z_{\min }^p=z_1^p$$z_{\max }^p=z_M^p$其中M为样品投影图数，为第i个投影图扫描时记录的轴向位置，i=1，2，...，M，扫描螺旋轨迹是沿着z轴向上的，故和分别为第一个和最后一个投影图；将所述三维重建体划分为多个轴向待重建断层，将每个轴向待重建断层对应的投影行进行数据重排，获得轴向待重建断层对应的正弦图：其中按照以下公式计算重建体像素数：Num_x=Fou_x/d_s=NNum_y=Fou_y/d_s=NNum_z=Fou_z/d_s其中Num_x为每个待重建断层的行数，Num_y为每个待重建断层的行数，Num_z为z轴方向的断层数，重建体的体素大小为d_s，与投影图的像素大小相同；进行数据重排时，要计算每个待重建断层对应在投影图中的投影行，若第k个待重建断层投影到第i个投影图时，该断层对应的投影行按照以下公式计算：${\mathrm{Raw}}_i^k=[(z_k^{\mathrm{slice}}-z_i^{\mathrm{pFouMin}})/d_s)]+1$其中k=1，2，3，···,Num_z，为第k个断层对应的z轴位置，为第i个投影图覆盖的最小z轴位置，为第i个投影图扫描时记录的z轴位置，扫描时记录的位置即为投影图底部对应的z轴位置；其中按照以下公式计算第k个重建断层对应的z轴位置：$z_k^{\mathrm{slice}}=(k-0.5)\times d_s+z_{\min }^p$其中，k=1,2，3,...，Num_z，以断层中心平面对应的z轴位置作为断层的z轴位置，为第1个断层底平面对应的z轴位置，对于第k个断层，该层的中心平面对应第(k-0.5)个断层，0.5代表了半个断层，(k-0.5)×d_s代表了第k个断层中心平面相对于第1个断层底平面在z轴上的距离；若第k个待重建断层投影到第i个投影图中，其满足以下公式：$z_i^{\mathrm{pFouMin}}<z_k^{\mathrm{slise}}<z_i^{\mathrm{pFouMax}}$其中，为第i个投影图覆盖的最小z轴位置，即该投影图扫描时记录的位置；为第i个投影图覆盖的最大z轴位置，其为最小位置加上一个投影图像的高度；针对所述每个正弦图，利用通用图形卡的硬件并行方法进行快速断层重建，具体包括：首先将滤波之后的正弦图从计算机的内存拷贝到图形卡的显存中，然后利用图形卡的多个流处理器对显存中的正弦图进行并行反投影操作，每个流处理器单独进行一个断层像素的反投影操作，每完成一个像素的反投影，流处理器转向其它未处理像素继续进行反投影，直到断层所有像素都在显存中都完成反投影操作，就可以得到该断层的重建结果；将所有快速断层重建后的断层依次叠在一起，得到三维重建体。