具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1所示；本发明提供了一种基于近红外II区超光谱成像的肿瘤乏氧在体定量成像方法，包括：

使用多组连续激光作为激发光源，通过空间频率调制，激发待成像肿瘤上设置的探针产生第一荧光信号，通过近红外II区相机对近红外II区范围内的第一荧光信号进行搞频谱分辨率的多分子荧光强度信息采集；

使用脉冲激光光源，通过空间频率调制，激发待成像肿瘤上设置的探针产生荧光信号，激发的第二荧光信号通过数字微镜阵列进行结构光调制，经调制的第二荧光信号经过放大作用，通过时间相关光子计数进行面光源的单像素采集，获得荧光寿命信息；

使用X光发射源，照射设置于旋转台上的待成像肿瘤解剖结构，通过X光平板探测器获取待成像肿瘤解剖结构的360°放射投影信息；

收集采集到的多分子荧光强度信息、荧光寿命信息及解剖结构的360°放射投影信息，进行多分子荧光强度信息的精准分离、荧光寿命信息的单像素解算、解剖结构的图像重建、多分子荧光强度信息和荧光寿命信息的三维重建及多分子信息的横向比较和量化信息。

超光谱技术是一种在遥感领域广泛使用的成像方法，通过对指定波长范围进行高频谱分辨率成像，辅以提前建立的包含各种物质的光谱标准库，不但可以实现观测对象中各种物质的准确识别，而且可以实现各种物质分布丰度的高精度测量。在生物医学领域中，超光谱技术目前已被广泛用于近红外I区光学成像，进行皮肤癌、乳腺癌和视网膜等疾病的分类诊断。

与近红外I区相比，近红外II区(1000-1700nm)荧光成像具有更低的自发背景荧光、更深的组织穿透性和更高的信噪比,能够获取更高空间分辨率的图像，是未来荧光活体成像设备的发展方向。近期，斯坦福大学戴宏杰教授团队研制的多光谱近红外光学显微镜，通过可切换的激光器，实现了850-1000nm、1100-1200nm和1500-1700nm三谱段光学信号的同步激发与实时采集，显著提高了光学显微成像的时间和空间精度。

光声成像是克服光学成像深度限制的另一种技术--通过探测光声效应产生的超声信号来获取组织信息，在原理上消除了光散射的影响，明显提高了成像深度和成像的空间分辨率。光声成像可以不依赖外源性对比剂，经光谱分离拆分氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收光谱获取组织的血氧饱和度，间接评估乏氧：但由于血氧饱和度受血液流速和流量的影响较大，其反映的氧合水平并不准确。本发明通过引入外源性的分子探针与内源性的HbO₂、Hb结合，利用光声成像技术初步实现了肿瘤乏氧分子特征和氧合水平的一体可视化，在乏氧相关的单分子成像方面奠定了良好的技术基础。

进一步地，在多分子荧光强度信息采集的步骤中，

使用多组连续激光作为激发光源，激光经过空间频率调制后激发探针产生第一荧光信号，激发的第一荧光信号通过近红外II区相机与定焦镜头进行采集；

相机镜头前设置液晶可调滤波，通过调整滤波的中心频率，对近红外I1区的第一荧光信号进行过滤，由低至高地对近红外II区范围内的第一荧光信号进行高频谱分辨率的强度信息采集实现多种分子的近红外II区超光谱成像。

进一步地，在获得荧光寿命信息的步骤中，

使用脉冲激光光源，通过空间频率调制激发，在待成像肿瘤上进行空间频率调制激发；

激发的第二荧光信号通过数字微镜阵列进行结构光调制，经调制的荧光信号由光电倍增管放大，并通过时间相关光子计数进行面光源的单像素采集，解算后获得荧光寿命信息。

进一步地，在获取待成像肿瘤解剖结构的360°放射投影信息的步骤中，通过使用X光发射源，照射设置于旋转台上的待成像肿瘤解剖结构，通过X光平板探测器获取待成像肿瘤解剖结构的360°放射投影信息，对待成像肿瘤结构进行高空间分辨率成像，为光学重建和多模态影像配准提供数据基础。

进一步地，成像过程中，针对多分子荧光强度成像，设置多波长连续激光光源；针对荧光寿命成像，设有脉冲激光光源；多波长连续激光与脉冲激光均接入光开关模组，在成像过程中通过控制光开关选择合适的激发光源。

进一步地，通过设置一数字微镜阵列设备，写入对应多分子荧光强度信息采集和荧光寿命信息的场景的空间频率，以及对应频率不同相位的空间频率调制模式，以对对应的激光光源进行调制，调制完成后通过镜头组将激发光对准待成像肿瘤，完成空间频率调制激发。

进一步地，在图像采集完成后，通过智能图像处理设备对各类图像进行分析处理；智能图像处理设备为高性能工作站，用于运行图像处理的软件，至少包括进行多分子荧光强度信息的精准分离、荧光寿命信息的单像素解算、解剖结构的图像重建、多分子荧光强度信息和荧光寿命信息的三维重建及多分子信息的横向比较和量化信息的软件。

本发明公开了一种面向肿瘤乏氧的在体定量成像方法，通过同机融合荧光强度成像、荧光寿命成像以及结构成像三种技术，实现在活体层面对肿瘤的乏氧程度和乏氧多分子事件的量化呈现，为肿瘤乏氧适应下病理生理微观特征的全面、精准描绘提供硬件支持。

总体设计思路围绕肿瘤乏氧的在体定量成像进行，从成像方法、重建模型、图像处理分析展开研究。其中，针对肿瘤乏氧多分子事件的在体定量可视化，基于近红外Ⅱ区优越的生物光学特性，拟通过近红外Ⅱ区超光谱成像，同步采集多种乏氧分子的荧光信息，并结合光谱智能分离技术，识别并提取不同分子的荧光信息,最终实现多分子量化信息的准确获取。另一方面，针对肿瘤乏氧程度的在体定量评估，基于微环境氧浓度与荧光寿命的定量关系，采用单像素模式荧光寿命成像获取肿瘤组织的氧合水平，实现肿瘤乏氧程度的在体定量评估。通过融合结构成像和空间频率调制激发，构建整合解剖结构信息和荧光强度与寿命信息的成像模型，对荧光信息进行高精度三维重建，最终实现肿瘤乏氧程度与乏氧多分子事件的三维定量可视化。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于近红外II区超光谱成像的肿瘤乏氧在体定量成像装置，包括：

多分子荧光强度信息采集模块，用于使用多组连续激光作为激发光源，通过空间频率调制，激发待成像肿瘤上设置的探针产生第一荧光信号，通过近红外II区相机对近红外II区范围内的第一荧光信号进行搞频谱分辨率的多分子荧光强度信息采集；

荧光寿命信息采集模块，用于使用脉冲激光光源，通过空间频率调制，激发待成像肿瘤上设置的探针产生荧光信号，激发的第二荧光信号通过数字微镜阵列进行结构光调制，经调制的第二荧光信号经过放大作用，通过时间相关光子计数进行面光源的单像素采集，获得荧光寿命信息；

360°放射投影信息采集模块，用于使用X光发射源，照射设置于旋转台上的待成像肿瘤解剖结构，通过X光平板探测器获取待成像肿瘤解剖结构的360°放射投影信息；

成像模块，用于收集采集到的多分子荧光强度信息、荧光寿命信息及解剖结构的360°放射投影信息，进行多分子荧光强度信息的精准分离、荧光寿命信息的单像素解算、解剖结构的图像重建、多分子荧光强度信息和荧光寿命信息的三维重建及多分子信息的横向比较和量化信息。

成像模块负责生成数据采集过程中的时序控制信号，该模块使用FPGA芯片产生编组的激发激光选择信号、空间频率调制模式转换信号、可调液晶滤波的中心频率选择信号、相机控制信号以及荧光寿命成像过程中采集端结构光调制模式的控制信号。此外，成像模块还负责生成锥束X光断层成像模块旋转台机的械控制信号和切换荧光强度成像与荧光寿命成像采集模块的水平运动控制信号。

由成像模块所获取的信息，可通过配套开发的智能图像处理模块进行结果呈现与数据分析。其中智能图像处理模块由一台高性能工作站构成，可运行成像系统的各种相关软件。在该模块上可进行多分子荧光强度信息的精准分离、荧光寿命信息的单像素解算、解剖结构的图像重建、多分子荧光强度和荧光寿命信息的三维重建以及多分子信息的横向比较和量化分析等。在不同工作模态下的采集参数设置、采集过程监控以及数据结果呈现均可通过该模块实现。

本发明通过近红外ⅠI区超光谱荧光成像解决多种分子同时存在的情况下如何有效分离出单种分子荧光信息的难题，实现多分子量化信息同步、精准获取:拟通过融合空间频率调制激发与结构光单像素成像，实现多模态光学信息快速采集。

为了实现上述目的，本发明提供了一种计算机设备，包括输入输出单元、存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如前述技术方案所述的基于近红外II区超光谱成像的肿瘤乏氧在体定量成像方法中的步骤。

为了实现上述目的，本发明提供了一种存储有计算机可读指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行如前述技术方案所述的基于近红外II区超光谱成像的肿瘤乏氧在体定量成像方法方法中的步骤。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本发明所示的这些实施例，而是要符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。