多模式成像 篇1
最近10年,各种影像技术,尤其是多模式分子成像技术进入飞速发展的时期。正电子发射断层显像/计算机断层(positron emission tomography/computed tomography,PET/CT)在短短3年的时间内完成从研制设想到实际应用的过程[1],并很快成为临床广泛认可的先进医学影像技术[2]。几乎同时,单光子发射计算机断层(single photon emission computed tomography,SPECT)与CT的同机融合也完成蜕变[3,4],结束常规核医学解剖定位困难的状况,使这一临床常规功能显像技术焕发出新的活力。将PET与磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)结合,进行多模式显像的设想也是20世纪90年代中期提出的[5],但由于技术上的困难,其发展远慢于PET/CT。近年来,随着相关关键技术的突破,也由于PET/CT和SPECT/CT临床上的广泛认可及商业上的巨大成功,PET/MRI技术日渐成熟,临床应用前景也逐渐清晰、明朗。
1 PET/MRI的发展
在过去的20余年里,PET和MRI各自的发展都非常迅速。在PET方面,主要的技术进展包括速度更快、灵敏度更高、晶体更小,以及可实现深度校正和飞行时间(time of flight,TOF)测量等[6],硬件的进步结合更好的数据重建和衰减校正算法,最终使我们可在更短的采集时间内得到更优质的图像;MRI的技术进展则包括更大的采集视野、更多更快的采集序列和全身扫描技术等。但将2者结合的PET/MRI技术仍面临着很多技术难题。
PET与MRI的组合是极具挑战的,其中最主要的是实现PET与MRI系统的相容,即一方面使PET探测器在极不友好的MRI强磁场、高频环境中有效工作,另一面也要使得PET的介入尽量不影响MRI的正常性能。此外,建立利用MRI进行PET衰减校正的方法也极为重要。目前,以上对应的硬件和软件成本均很高,PET/MRI的设计要综合考虑技术实现的可能性和揭示病理生理过程的准确性,以及如何更好地满足临床需求。
2006年10月有第一幅人脑PET/MRI图像[6,7]。当时西门子公司的PET/MRI原型机仅能提供脑部或四肢的横断图像,无法真正实现临床全身显像的要求,且其解剖显像效果不佳,功能显像的灵敏度低。然而,这一技术结合PET和MRI 2种技术优势,可同时提供MR]的解剖信息(特别是对软组织的显像非常清晰)和PET的功能代谢信息,其临床应用前景较好,因此仍得到较多的商业性关注。随后,西门子和飞利浦等公司都投入大量的资金进行研制,2008年又有多台PET/MRI原型机进入临床试用。2010年,飞利浦公司和西门子公司先后发布各自基本成型的PET/MRI产品,标志着这一技术已有重大突破,即将正式进入临床使用。
2 PET/MRI的实现方式
PET与MRI的组合方式可按2个采集系统的相对位置分为以下3种情况(见表1):(1)将2个图像采集系统完全分离,2个机架分别位于2个检查室或在同一检查室用活动门隔开,患者完成1次显像后穿过活动门或进入第2个检查室进行第2次显像。2个系统的具体位置和2次检查的时间间隔相对较灵活,采集操作彼此无影响,因此也可以分别用于单独的PET或MRI扫描。但总的检查时间较长,融合对位对软件的要求很高,且往往会由于位移难以实现精确对位。利用软件行图像融合容易受空间分辨率、旋转角度、位移距离、失真程度、部分容积效应、非刚性器官的形变等影响,大量图像数据的处理对计算机硬件和软件都有更高的要求。实际上,这一模式并非真正意义上的PET/MRI。
(2) PET和MRI的2套探头保持一定距离,2个采集系统由共用的可快速移动检查床(“梭”)连接。飞利浦公司的原型机正是采用此种设计。2个探头相距约2.5m,大于PET/CT探头间的常规距离(50～100cm)。PET和MRI图像采集先后进行,检查时间稍长。根据PET和MRI采集系统的相对空间位置完成数据的位置校正,但患者的自主或非自主移动仍会造成图像失真。实际上2次数据采集的时间间隔越短,患者移动的可能性就越小,数据的空间匹配就越好。
(3)真正的同机融合,PET和MRI的采集探头合二为一。西门子公司推出的PET/MRI采用这一设计。这在技术实现上需要硬件的大幅替换与改进。首先要将PET探头光电倍增管替换为不受磁场影响的雪崩光电二极管[8]。理论上雪崩光电二极管提供的最佳图像质量要稍逊色于光电倍增管。西门子公司PET/MRI原型机的雪崩光电二极管探头迭代重建图像空间分辨率半高宽为3mm,时间分辨率为4ns。此外,雪崩光电二极管在非恒温工作环境会出现信号飘移,会造成伪影和探头敏感性下降,这一特性对冷却系统提出更高要求。改良探头由雪崩光电二极管、硅酸镥晶体和相关电子原件组成,为减小PET和MR的相互干扰,使其相互适应,PET探头内的晶体需要紧密有序地排列,MRI射频线圈也要采用专门设计的型号。由MRI线圈的电子原件造成的正电子衰减可通过将各个线圈的MRI扫描数据带入重建算法来解决。此种设计真正实现PET和MRI同时采集,对于显像时间要求严格的某些药代动力学研究,此种PET/MRI可以提供其他任何影像学方法难以获得的宝贵信息。
3 衰减校正
以上3种设计的共同难题是图像重建时PET数据的衰减校正[9,10,11]。正电子在机体组织的衰减是PET图像信息弱化的主要原因,如能模拟出衰减情况的空间分布,就可逆推出放射性示踪剂在组织中的真实分布,这是正确进行图像重建的先决条件。不同于CT数据直接提供组织密度信息,MRI提供的信息为质子密度和弛豫时间,与组织对正电子的衰减能力无直接关联。例如骨骼和空气分别有着最高和最低的正电子衰减系数,在MRI上却同为低信号。现有的利用MRI数据进行PET衰减校正的方案综合利用局部数据信息的模式识别和整体数据库图像的匹配,由MRI信号强度及其空间位置关联出对应部位的组织密度,构造“伪CT”图像数据,然后间接通过“组织密度”进行衰减校正。这就需要将组织器官按不同的衰减特性分为不同的区域,然后给相应的区域分配衰减系数。而如何分区是研究的难点和热点[12]。目前仍悬而未决的技术难点是某些患者的解剖结构与标准范围相去甚远,与数据库的比照可能失败;此外,所谓的标准数据库能否真的用于预测不同个体的组织分布也是个问题。
此种方法已成功应用于脑部PET/MRI[10,13,14]。但脑部基本上为均质组织,而躯干及四肢组织密度差异明显,所以全身PET/MRI的衰减校正无法借助同样的方法实现,亟需发展新算法和新的专门软件。对于全身PET/MRI显像的衰减校正,不仅不同区域的划分和不同密度值的赋予成为难题,更为棘手的是有些组织器官的密度会持续变化。最有代表性的是肺,它的衰减校正一直是难题,其密度与呼吸方式、年龄、呼吸道疾病等因素密切相关。MRI的多序列采集可以为区别不同组织提供额外信息。例如,T1加权图像有很好的软组织对比度,T2加权图像能清晰显示骨性结构。新的MRI序列和序列的优化有可能促成PET衰减校正量化方法的飞跃,然而这样也会延长MRI的采集时间,使实施的可行性降低。
4 PET/MRI临床应用的优势
4.1 与PET/CT的比较
PET/CT作为已广泛应用的成熟影像工具,相较于单独的PET或CT,诊断准确性提高10%～1 5%[15],尤其适用于肿瘤患者的诊断、随访和治疗决策。在全球范围内,PET/CT的设备数量还在不断上升[16]。不同于PET/MRI系统,PET与CT不会相互影响,更重要的是CT数据可以直接用于PET衰减校正,所以发展MRI替换CT尚有争议。但PET/MRI可以拓宽对分子影像的认识,实现许多PET/CT无法实现的功能(见表2),因此有理由相信,即使在PET/CT飞速发展的今天,PET/MRI仍有较大的价值和足够的市场。
4.2 PET/MRI的临床前和初步临床应用
PET/MRI首先应用于科研,在小动物显像的实践中逐步改进完善[6,7]。micro-PET探头与MRI探头可以在7T强磁场中互不影响地同时采集,图像质量与分别采集几乎相同[8]
目前已有的PET/MRI临床应用主要集中在头颈部显像,所用机型多为第3种设计。此类原型机包括4个脑部扫描专用探头,一个鸟笼状的发射-接收线圈,梯度磁场为3T[7]。对霍夫曼模型、志愿者和脑肿瘤患者的脑部及颅底PET/MRI显像均未发现任何可见的失真或伪影,质量可与单独采集的图像相媲美[18]。
轻度认知障碍的志愿者脑部T2加权MRI图像上可以看到皮质和基底节区散在的密度减低灶,相应的PET图像表现为FDG摄取轻度减低[18]。8名患有头颈部恶性肿瘤的患者在行全身18F-FDG PET/CT后行头颈部PET/MRI显像,MRI图像质量良好,无任何可见的由PET造成的伪影;PET图像与PET/CT中PET图像相比,有更佳的图像对比度和更清晰的细节显示;融合图像上生理性摄取和肿瘤摄取清晰可见,有助于更好地进行视觉判断和半定量分析[19]。
在Catana等研究中提到一种新的算法,使得MRI数据还可用于跟踪较长时间PET采集时患者头部的不自主运动,并用霍夫曼模型和人体显像初步证明其可行性[20]。此外,有研究证明PET/MRI精确的空间融合定位对改进神经系统肿瘤的放疗和活检意义重大[21]。
5 PET/MR的未来发展
PET/MRI未来发展应该会侧重于发挥其天然优势,包括脑、心血管、肝脏、前列腺等部位病变的诊断,系统性疾病的诊断、早期肿瘤的发现和隐秘转移灶的探测等。PET/fMRI可能还对阐明微环境、单个细胞代谢和细胞对治疗的反应等具有明显的优势[22,23]。此外,PET/MRI还是新药研发的理想工具,也必将成为转化医学的重要手段之一[24]。
多模式成像 篇2
世界范围内的人口激增,人口老龄化的加剧, 会增加对医疗器械的需要。肿瘤是严重威胁人类健康的重大疾病[1],发展有利于癌症早期诊断的相关技术和设备,对癌症早期诊断、提高诊疗效果、降低医疗成本等都有非常重要的意义。
肿瘤的早期诊断需要具有高分辨率、无损安全且能进行在体检测的技术。大量研究表明90% 以上的肿瘤来源于上皮细胞的病变,且在癌症发生发展过程中会发生分子和细胞水平的变异,而基于高分辨率光学成像技术的内窥成像系统可以实现无损、实时、在体地检测微小肿瘤性病变,因而能够极大地提高肿瘤的早期诊断率[2]。目前国内众多的高校和科研单位也需要此类系统帮助科研工作,所以该类系统的潜在市场是巨大的。
本文围绕基于光纤束的内窥探头、快速多光谱成像等方面内容,介绍一种新的面向癌症早期诊断的多光谱荧光共聚焦内窥镜[3~6]。该系统首次将傅里叶变换光谱探测技术与荧光共聚焦内窥成像技术结合,实现多光谱的活体荧光高分辨成像,是光学显微成像技术和高分辨内窥成像技术的突破,将为恶性肿瘤早期诊断的研究开辟新路。
1.系统的原理
多光谱荧光共聚焦内窥成像技术采用光纤束作为载体,经人体或其他动物体天然通道或手术微创切口进入体内对器官进行在体探测[3,7]。该技术通过光纤束内窥镜将激发光束经内窥镜传输到体内样品表面。样品经照射后,发出荧光信号, 经内窥镜收集后原路返回后端光学系统,返回信号经傅里叶变换光谱探测后,将携带信号光谱信息的调制信号经光电探测后并最终输入计算机进行数据处理,以获得样品的多光谱荧光成像结果。 由于光束每次都聚焦到光纤束的单根光纤中,经扫描机构实现光束对样品的空间扫描。这种成像方式实际上具有共聚焦显微成像的特点,可以获得亚微米的光学分辨率[8]。傅里叶变换光谱探测, 是一种频域的测量方法,具有光谱分辨率高、光谱分辨率可调、信噪比高、所有波长并行同时测量等优点。多光谱荧光内窥成像技术不仅可以探测到样品的表面形态学信息,即组织水平的反射谱成像,而且也可以提供样品的生物化学成分信息,即分子水平的荧光发射谱成像,为生物医学诊断与研究提供了一种新颖、便捷、快速的检测方法。
多光谱荧光共聚焦内窥成像系统结构示意图如图1所示,主要包括激发光源、二色镜、x/y双轴扫描系统、扩束系统、近端耦合透镜、光纤束、小型化前端内窥探头、傅里叶变换光谱探测系统、光电信号探测系统、高速数据采集传输系统、计算机等部分。激发光源可以是单色激光器, 也可以采用目前新型的白光激光光源,以提供更多的、更灵活的激发波长选择,实现双色或多色同时激发,或白光成像等不同功能。扫描系统采用振镜或其他扫描方式,实现光束在空间域的二维扫描,以获取整幅图像。入射激发光束经扩束系统扩束整形以满足近端耦合透镜的入射光束孔径要求。近端耦合透镜实现光束与光纤束近端单根光纤的耦合。光纤束的远端与小型化的成像透镜封装在一起组成小型化前端内窥探头,以满足内窥探测的需要。二色镜引导入射激发光束和荧光信号分别进入扫描系统和探测通道。傅里叶变换光谱探测系统将采集到的荧光信号调制成携带波长信息的干涉信号。光电信号探测系统能够探测被调制的荧光干涉信号,并将其转为可供采集的电信号。多通道同步高速数据采集传输系统保证了扫描系统、傅里叶变换探测系统与光电信号探测系统的同步触发和采集。计算机实现对采集信号的控制和数据的实时处理与保存。
2.系统的特点
常规的内窥镜大部分通过光反射原理成像, 获取组织水平的成像结果,或通过染色在组织水平区分正常组织或病变组织,分辨率仅为亚毫米, 只能检测组织形态发生显著改变的病变。而此系统围绕面向癌症早期诊断的多光谱荧光共聚焦内窥镜的研制,重点在前端基于光纤束的内窥探头、 快速1多光谱成像的研制等方面,针对荧光内窥探头的不同性能要求,采取小型化及高分辨率两种不同的内窥探头目标。多光谱成像方面,将采用傅里叶变换解谱技术,实现对样品光谱信息的快速采集[4]。
荧光共聚焦内窥成像技术无需取样活检即可
提供体内器官实时、无创、高分辨率组织水平的病理学形态学信息和分子水平的生物化学成分信息,是体内病变,特别是肿瘤等疾病的早期诊断、 及相关治疗手段和药物研究都迫切需要的一种重要方法,近年来一直是国内外先进医疗器械的研究热点之一。从技术上来说,小型化内窥探头的灵活性、系统小型化后的荧光成像水平以及荧光信号的多光谱快速探测处理技术仍然有待进一步改进和提高。这也为多光谱荧光共聚焦内窥成像系统的研发提出了两大关键技术 :
其一,小型化内窥探头。内窥探头经人体或动物体天然孔道,或经手术做的小切口进入体内, 导入预检查的体内器官,直接窥视有关部位的变化。因此,活体内窥探测对内窥探头的灵活性提出了很高的要求[9]。内窥探头的尺寸有必要进一步缩小使之更易操作,减轻病人的痛苦,并有可能与已有传统内窥镜兼容,实现集成。为此,我们设计了一种直径只有2.6 mm的小物镜,如图2所示。带这种小物镜光纤探头可以插入常规内窥镜的活检通道,从而实现与常规内窥镜的兼容。
其二,多光谱成像。实现视频速率的图像采集,更好的发挥出荧光共聚焦内窥成像技术的高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率等特点,对实时、连续观测样品的变化具有非常重要的实际价值,更有利于该技术的临床化应用[10]。 大通量的快速数据获取对系统扫描机制、数据采集、传输和保存等都提出了非常高的要求。为此,我们研发了活体荧光内窥光谱成像装置,它采用傅立叶变换光谱探测技术与光纤束内窥显微技术结合,二者组成了一种新型的活体内窥光谱成像系统[11]。这种新型成像系统不仅可以提供成像空间各点精确的荧光发射光谱信息,而且还可以准确提供样品成像空间形态分布,从而实现对生物样品自身不同生物化学成分或多种外源荧光标记物的同时观测,极大地提高了光纤束内窥镜的功能。
3.结果
为了证明系统的光谱分辨能力,我们测量了系统的光谱分辨率。图3(a)为光纤束端面在He-Ne激光器照明下的成像结果,图3(b)为其局部放大图像[12]。由图3(c)中的傅立叶变换方法测出的光谱的峰值精确地出现在632.8 nm处并且光谱的半高全宽分辨率为0.2 nm,非常接近其理论光谱分辨率0.16 nm。
为了证明系统对活脑进行光谱成像的能力, 我们在双色标记的鼠脑上进行了实验。通过在鼠脑内插入光纤束将激发光导入,如图4(a)所示。 小尺寸的光纤束可以避免对鼠脑造成较大伤害[12]。鼠脑的成像结果如图4(b)所示,可以清晰地看到轴突。图4(c)为由重构的光谱信息合成的伪彩图。在图中有两种信号。图4(d)中绘制出了这两种荧光信号的发射光谱曲线。这种方法可以对深脑进行活体的光谱成像,这是传统的光谱显微镜无法做到的。
4.总结
面向癌症早期诊断的多光谱荧光共聚焦内窥成像系统是一种可以实现多光谱的对研发先进共聚焦内窥镜有着重要意义的光学成像系统。目前我们研制的多光谱荧光共聚焦内窥成像系统技术已达到了国际先进水平,它填补了我国在此领域的技术空白。该技术目前已经成熟,可以直接应用于临床研究。这种多光谱荧光共聚焦内窥成像系统在进一步的研发中将实现具有细胞水平,同时能够实现对早期癌症进行实时在体观察的功能, 进而能够实现对癌症的早期发现与诊断。
摘要：肿瘤的早期诊断迫切需要具有高空间与光谱分辨率、无损安全且能进行在体检测的技术。本文提出一种面向癌症早期诊断的多光谱荧光共聚焦内窥镜,重点介绍前端基于光纤束的内窥探头与快速多光谱成像能力。多光谱荧光内窥成像技术不仅可以探测到样品的表面形态学信息,而且也可以提供样品的光谱信息,为生物医学诊断与研究提供了一种新颖、快速的检测方法。
多模式成像 篇3
在400～720 nm波段范围，采用基于液晶可调谐滤波器（LCTF）和CMOS相机组合的多光谱成像系统对蜡染的布料进行每隔5 nm成像。讨论了多光谱成像的基本原理和多角度下彩色图像的实现过程，并且通过计算光谱反射率展示了光谱合成颜色的基本方法。对再现后的橘色、绿色、白色、蓝色、黄色、黑色六种颜色色块进行多角度下明度值、彩度值的分析。实验结果表明，六种颜色的明度值均呈现正态分布，并且通过计算六种颜色色块的色品坐标值a*、b*和彩度c*ab的均方差，得出在一定的范围内，六种颜色的色品坐标值a*、b*近似不随角度变化，其中蓝色和黑色随角度的变化更小，近似于一条直线。
关键词：
光谱学；多光谱成像；多角度；蜡染布料
中图分类号： O 433.4文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2016.04.011
Abstract：
Multispectral images of batik cloth at the wavelength range of 400～720 nm with an interval of 5 nm are captured by using a multispectral imaging system which mainly consists of liquid crystal tunable filter（LCTF） and CMOS camera.The paper discussed the basic principle of multispectral imaging and analyzed the implementation process of color image under multi-angles.Besides that，the paper showed the basic approach of synthetic color spectrum by calculating the spectral reflectance.Brightness values，chroma values under multi-angle of the reproduction of the orange，green，white，blue，yellow，black were analyzed.The results proved that all the six-color brightness values showed a normal distribution.Meanwhile，by calculating the six-color chromaticity coordinate values a*，b* and c*ab of standard deviation，the chromaticity coordinates a* and b* are merely changed in angle.Among them，the change of blue and black is smaller than the others，approximately as a straight line.
Keywords：
spectroscopy； multispectral imaging； multi-angle； batik cloth
引言
蜡染是一种古老的防染工艺，古称“蜡缬”，与绞缬、夹缬一起被称为我国古代染缬工艺的三种基本类型，因用蜂蜡作防染剂而得名，距今已有二千多年的历史。蜡染的布料，一般只存在于少数民族中，由手工制成各种不同的图案，由于染料的不稳定，所以很容易褪色，这对传承少数民族的文化艺术有很大的阻碍。云南省是我国少数民族聚居的主要地区，有很多少数民族仍然采用蜡染的布料作为日常使用的布料，因此研究如何将现有蜡染布料的图案再现，对传统文化艺术的传承和发展具有非常大的意义。
光谱成像技术于20世纪70代末首先在军事领域发展起来[1]，后来又广泛应用于大气、植被、海洋、生物医学、环境遥感等领域[2]。90年代初，多光谱成像技术开始广泛地应用于文化艺术品的保存、历史资料的研究以及考古学方面[3-4]。传统的红、绿、蓝（R、G、B）三色成像技术和光谱仪均无法同时获取被测目标的光谱信息和空间信息，也无法获得和显示精确的颜色信息。基于液晶可调谐滤波器（LCTF）[5]和CMOS相机组成的多光谱成像系统不仅可以同时从光谱维和图像维获取被测物的信息，而且还克服了同色异谱的现象[6]，获得物体在各个角度下的光谱反射比，从而重建出平面内多角度下物体精确的三维彩色图像。
在数字博物馆建立过程中，需要对各种艺术品进行各个观察角度的图像重建，以满足观察者对文化遗产进行全方位的欣赏[7]。然而，在进行实物图像采集过程中，无法对样本各个角度依次进行数据测量，这就需要寻找一种有效的方法对各个角度下采集的有限图像进行处理和计算，进而对任意观察角度的艺术品进行图像重建。
本文基于LCTF和CMOS相机组成的多光谱成像系统，通过光谱反射率合成的方法再现出被测物的彩色图像，并利用CIE1976（L*，a*，b*）颜色空间对六种色块进行了多角度下的明度值、彩度值的分析，研究其随角度变化的规律。本文在研究平面物体三维再现过程中，样本颜色色块的三刺激值均是由爱色丽公司测得，主要有六种颜色：橘色（x=34.94，y=27.40，z=14.75）、绿色（x=13.46，y=16.82，z=11.58）、白色（x=55.78，y=58.17，z=62.93）、蓝色（x=15.95，y=17.04，z=35.89）、黄色（x=42.41，y=39.81，z=20.93）、黑色（x=3.35，y=3.29，z=8.18）。
nlc202309090850
1系统与方法
1.1多光谱成像系统
图1为多光谱成像系统的成像系统实物图，由光学镜头、液晶可协调滤光片LCTF、黑白CMOS摄像头和照明结构组成。成像系统输出的图像经USB传入计算机系统进行处理，计算机系统由图像采集卡、数据存储模块和光谱处理模块组成。系统可测400～720 nm范围内的多光谱图像信息。多光谱相机摄像头始终固定在表面法向位置距离被测物205 cm处，光源（以120 cm为半径）围绕被测物中心从0°到180°每隔15°进行照射位置的固定，光源为照明稳定性较好的6 500 K、15 W的LED灯光源，光源的辐照度分布见图2，被测物为24 cm×20 cm蜡染的布料。
光谱图像在暗室中采集，通过人工编程使计算机在400～720 nm范围内每间隔5 nm采集一幅光谱图像，共得到65个子图像，从中选择455～675 nm共45个波段的子图像进行多光谱图像的再现，实验流程如图3所示。
实验步骤如下：
（1） 搭建实验平台，利用多光谱相机采集各个角度的图像；
（2） 从采集到的多光谱图像中筛选出每个角度下的45个波段的子图像进行光谱图像重现；
（3） 重现出各个角度下的彩色图像，并利用CIE1976（L*，a*，b*）空间对其中的各个色块进行多个角度下的分析研究。
是样本在550 nm下采集的30°、60°、90°、120°灰度图像。从图4可以看出，光源角度为90°时灰度图像最为明亮，采集到的图像最清晰。
1.2颜色重建的方法
为了真实再现出物体的彩色图像，需要计算物体表面的辐射光谱分布所对应的R、G、B值，已知CIE1931标准色度观察者的光谱三刺激值，依据CIE三刺激值的定义[8]，获得任意光谱下的三刺激值：
式中：X、Y、Z为CIE1931标准色度系统的三刺激值；x—、y—、z—为CIE1931标准色度观察者的光谱三刺激值；k为归一化系数，保证各响应在0～1之间；β（λ）为物体的光谱反射比；P（λ）为照明体的相对功率分布；Δλ=5 nm。
从三刺激值X、Y、Z转化到RGB颜色空间的公式如下：
式中R、G、B分别为红、绿、蓝的颜色匹配量。
这里所采用的X、Y、Z与R、G、B转换方法能够在不同环境下更好地再现出彩色图像，文献[9]对不同方法进行了论述。
1.3系统实现方法
多光谱彩色图像再现技术在Visual Studio 2010平台上采用Visual Basic语言实现。运行时先导入采集到的图片，读取每张图片每个像素点的值，获得采集到的灰度图像上每个像素点与白板的比值，得到反射比β（λ），再根据测得的LED光源的辐照度获得P（λ），获取图像的三刺激值X、Y、Z，然后再根据三刺激值获得最终RGB彩色图像，利用计算机提取出彩色图像的三刺激值，从而计算出CIE1976（L*、a*、b*）空间中的明度L*，色品坐标a*、b*，彩度c*ab。
2实验结果分析
2.1多角度下颜色的变化
为了再现出逼真的彩色图像，需要提取灰度图像的每个像素点的信息，得到物体与白板的光谱反射比。再通过式（1）计算图像的X、Y、Z三刺激值，通过式（2）将图像转换成彩色RGB图像。
随着光源角度的改变，布料在不同的照明角度下生成的视觉效果不一样，如图5所示为光源角度在30°、60°、90°、120°下生成的图片。
中，由于不同波段滤光片之间存在焦距差异，再现出来的彩色图像在不同角度下存在微小的虚焦问题。为了分析再现后的彩色图像在多角度下的色彩效果，提取了不同颜色色块色彩的明度以及彩度，本文采用CIE1976（L*、a*、b*）颜色空间[10]进行分析，该空间三维直角坐标的明度（L*）和色品坐标（a*、b*）及彩度（c*ab）的计算公式如下：
由图7可见，在同一个平面内渲染出的同种颜色的明度值随角度的变化均呈现出正态分布，在90°时获得的能量最多，达到最大值。在不同区域明度值整体的趋势是一致的，每个区域的最小值与最大值存在着一定的误差。区域1和区域3的峰值非常相近；区域1和区域2的变化趋势一致；区域2和区域4在45°～135°的变化趋势一致；区域3变化的范围最大。为了更好地找到同一个平面上同种色彩的变化规律，本文将同一平面内的四个区域进行综合分析，取其平均值以达到最佳效果。
2.2多种颜色随角度的变化情况
为找出不同色彩的变化规律，本文随机选择了四个样本，如图8所示。按照上述相同的方法分别取四个不同的区域取其平均值，综合分析所选择的四种布料中所含的橘色、绿色、白色、蓝色、黄色、黑色六种不同颜色色块随角度的变化曲线。
为六种颜色色块相应参数的统计表。由表1可知，六种颜色色块的色品坐标a*、b*，彩度值c*ab的均方差都比较相近，六种颜色色块之间的离散程度相近，差距不大。六种颜色色块的色品坐标a*的均方差相对于色品坐标b*和彩度c*ab均比较小，在一定的范围内，六种颜色色块的色品坐标a*随角度的变化差距比较小。黄色色块的色品坐标b*和彩度c*ab的均方差均比较大，黄色色块的彩度值随角度变化的幅度较大；蓝色和黑色的色品坐标b*和彩度c*ab的均方差都比较小，随角度变化的幅度较小。
综上所述：色品坐标a*、b*，彩度值c*ab的均方差在可接受范围内；角度的变化对橘色、绿色、白色、蓝色、黄色、黑色这六种颜色的明度值有影响；在一定的范围内，对色品坐标a*几乎没影响；对橘色、绿色、白色、黄色的色品坐标b*和彩度c*ab存在一定的影响。
3结论
本文基于LCTF和CMOS相机组合的多光谱成像系统，获得了多角度下的平面二维样本的光谱信息，通过公式转换及计算实现图像的三维颜色再现。讨论了屏幕上以彩色方式显示多光谱图像的光谱/ 颜色转换的一般方法，并且利用CIE1976（L*，a*，b*）颜色空间分析了再现后的橘色、绿色、白色、蓝色、黄色、黑色六种不同彩色色块在不同角度下的明度值以及彩度值随角度的变化情况，为今后颜色再现的研究以及利用多光谱成像技术进行颜色再现的应用提供参考。
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多模式成像 篇4
基于高光谱成像的苹果多品质参数同时检测
摘要：利用高光谱空间散射曲线的3个洛伦兹拟合参数对苹果的品质(硬度、可溶性固溶物含量)进行同时检测.采用偏最小二乘,逐步多元线性回归和BP神经网络3种方法,对归一化处理和未归一化处理的3个洛伦兹参数组合分别建立苹果品质的预测模型.结果表明:采用偏最小二乘法对未归一化处理参数的组合建立硬度的预测模型其预测结果最好,校正组相关系数Rc=0.93,校正标准差SEC=0.56,验证组相关系数Rv=0.84,验证标准差SEV=0.94.采用偏最小二乘法对归一化处理参数的组合建立可溶性固形物的`预测模型其预测结果最好,Rc=0.95,SEC=0.29,Rv=0.83,SEV=0.63.研究结果表明:利用高光谱空间散射曲线的多拟合参数组合可以同时检测苹果的多品质参数. 作者： 单佳佳吴建虎陈菁菁彭彦昆王伟李永玉 Author： SHAN Jia-jia WU Jian-hu CHEN Jing-jing PENG Yan-kun WANG Wei LI Yong-yu 作者单位： 中国农业大学工学院,北京,100083 期 刊： 光谱学与光谱分析 ISTICEISCIPKU Journal： SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS 年，卷(期)： 2010, 30(10) 分类号： S123 关键词： 高光谱散射图像 硬度 可溶性固溶物 苹果 洛伦兹函数 机标分类号： O65 TP3 机标关键词： 光谱成像 苹果品质 品质参数 同时检测 Quality Attributes 归一化处理 偏最小二乘法 预测模型 参数组合 逐步多元线性回归 预测结果 相关系数 散射曲线 拟合参数 光谱空间 洛伦兹 可溶性固形物 标准差 硬度 验证 基金项目： 国家科技支撑计划子课题多模式成像 篇5
1 资料与方法
1.1 一般资料
本研究选择2009年6月~2011年6月间在重庆三峡中心医院接受的颈椎多体位磁共振成像检查的40例颈椎病患者(受试者)。其中男23例,女17例;年龄23~59岁,平均年龄45.3岁。临床症状均表现为颈部疼痛不适、上肢疼痛麻木和肢体无力等。受试者需具备以下条件:(1)尚未出现严重临床表现;(2)年龄低于60岁;(3)未接受过心脏金属瓣膜置换术、佩带金属牙套等使用金属类材料进行的治疗。
1.2 检查方法
采用德国西门子公司生产的1.0T及3.0T磁共振成像仪对40例颈椎病患者(受试者)进行中性自然位、颈椎前屈位及后伸位多体位磁共振成像检查。中性自然位检查时患者平卧即可;前屈位时在患者头部后方用软垫将头垫高,使颈部尽量屈曲;后伸位时将软垫置于上胸部背后,使背部抬高、头颈部相对下悬。并对各种不同体位下颈椎、椎间盘及椎管硬膜囊间隙等结构变化的情况进行相应分析。特别注意的是在进行检查是必须严格保证并保持体位中心线相一致。图像的处理及分析均有我院两位资深影像科磁共振诊断医师和一位操作技师进行。
1.3 统计学方法
应用SPSS18.0统计软件进行分析,计数资料采用χ2检验,P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 各体位下发现椎间盘突出情况(见表1)
40例患者共检查椎间盘总数为200个。中性自然位下发现突出的椎间盘总数为72个;前屈位下发现突出的椎间盘总数为112个、加重48个;后伸位下发现104个、加重44个。前屈位及后伸位发现椎间盘突出个数与中性自然位比较,差异显著具有统计学意义(P<0.05)。
2.2 各体位下发现椎管间隙及硬膜囊前后间隙狭窄情况(见表2)
在分别进行前屈位、中性自然位及后伸位成像时,椎管狭窄及硬膜前、后间隙狭窄的发生例数分别为8和6,11和15,23和18,依次增高,差异显著(P<0.05)。在前屈位、中性自然位及后伸位下,椎管狭窄及硬膜囊前、后间隙狭窄程度依次加重。
3 讨论
颈椎病的是由于患者的椎间盘发生了变性,局部稳定性减少,加上椎间孔变小,小关节重叠,关节囊应力增加及骨质增生因素,激惹了神经根及关节囊和项韧带上交感神经末梢以及椎管内脑膜返支,产生一系列病理性反射症状[6,7]。研究发现常规体位MRI检查对颈椎病早期病变敏感性较低往往不易发现早期潜在的颈椎病致病因素。这主要与身体处于常规仰卧位中性自然位时,颈椎所承受的负荷最小,病变现象呈现不清有关。本组研究中主要体现为椎管狭窄及硬膜囊前、后间隙狭窄的发生例数及病变的严重程度,在前屈位、中型自然位及后伸位成像中依次增高,差异显著。
相关研究表明,颈椎管狭窄是引发脊髓型颈椎病的原因[8],因此对脊髓型疾病进行评价的主要影像学指标是孤星椎管矢状径的大小,而颈椎退行性变最早出现在椎间盘,推测与前屈位时颈椎髓核产生较高压力、椎间隙的内应力相应增大,致使髓核后移,因而成像较不明显。而在后伸位时因纤维环变性松弛与髓核同时向后突出,因此在磁共振图像中可见明显的椎间盘突出性病变。
本组研究中40例患者所检查的椎间盘总数共200个。发生退变的椎间盘在前屈位及后伸位时与中性自然为相比新增突出的分别为40个和32个,加重的个数分别为48个和44个,检出率明显增高,推测与人体体位发生改变时,髓核内相应压力改变有关。具体表现为前屈位时,髓核内压力会相应增高,使得髓核向被挤压的反方向移动,即向后方突出;而人体在处于后伸位时,变性的纤维环相应变松弛,以致对髓核的限制能力减弱,最终导致髓核由后方突出[9,10]。
总之,颈椎多体位磁共振成像弥补了传统X线摄片检查中只能观察到脊椎骨性结构的缺陷,对常规MRI检查体位单一的缺陷进行了相应的突破,能够对颈椎性疾病进行全面准确的检查及评价,潜在的早期致病因素较早的呈现出来,因此可以更好的指导临床治疗。
参考文献
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多模式成像 篇6
1 资料和方法
1.1 临床资料
收集2004-2010年我院住院的患者200例疑诊主动脉夹层的患者的临床资料, 所有患者均以突发胸背部、腹部剧烈疼痛入院, 其中男121例, 女79例;平均年龄 (52.1±2.4) 岁。所有患者均因病情需要需行CT多平面成像及DSA检查。
1.2 CT检查方法
仪器:德国64层螺旋CT机。扫描范围:胸腹主动脉连续扫描。扫描参数:旋转时间0.6s, 层厚0.625mm, 螺距1.375∶1, 间隔0.625mm, 管电压125kV, 管电流300～400mA。Bolus Tracking触发扫描, 跟踪点在气管隆突水平触发阈值120HU.造影剂为优维显, 扫描数据传至GE工作站进行容积再现 (VR) 、多平面重建 (MPR) 、曲面重建 (CPR) 、最大密度投影 (MIP) 。MPR结合轴位图观察破口部位、大小, 真假腔大小、形态, 累及范围及分支。MIP、VR图追踪真假腔, 支架有无移位、变形, 重建血管情况等。
1.3 DSA检查方法
仪器:Philips V503型数字血管造影机, 使用带黄金刻度标记的猪尾导管。体位:左前斜40°～60°为照射体位以最大程度展示主动脉弓, 必要时加照其他体位, 造影剂为优维显。
1.4 评价方法
比较两种检查方式的敏感度、特异度、破裂口检出率、治疗相关径线测量、受累范围。术后用CT监测患者有无内漏、夹层扩大或破裂。
1.5 统计学处理
用SPSS13.0统计学软件处理数据, 计数资料比较用χ2检验, 计量资料用t检验, 检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 200例疑诊主动脉夹层患者最后临床确诊102例, 确定排除98例, 经统计, CT检查诊断主动脉夹层的敏感度为96.1% (98/102) , 特异度为98.0% (96/98) , DSA诊断敏感度为94.1% (96/102) , 特异度为99.0% (97/98) , CT和DSA诊断主动脉夹层敏感度和特异度均无统计学差异 (P>0.05) 。
2.2 CT和DSA对200例疑诊主动脉夹层患者的诊断情况, 见表1。表1显示, CT和DSA在诊断主动脉夹层时阳性率无统计学差异 (P>0.05) 。
2.3 CT和DSA诊断均阳性者95例均获得最后确诊, 共发现破裂口134处, CT发现率95.5% (128/134) , DSA发现率64.9% (87/134) , 两者发现率有统计学差异 (P<0.05) 。螺旋CT使用优维显平均为 (60.4±2.6) ml, 而DSA为 (213.4±9.7) ml, 数据差异有统计学意义 (P<0.05) 。对植入治疗所需的径线, 包括破口近端正常主动脉直径, 破口与左右冠状动脉开口、左锁骨下动脉的距离, 破口直径, 破口远端真假动脉腔直径等数据, CT与DSA基本一致。CT显示受累血管包括肾动脉38个、腹腔干23个、肠系膜上动脉17个、肋间动脉12个、腰动脉5个、髂总动脉5个;完全源于假腔的有肾动脉12例, 腰动脉4例, 其余均由真腔供血或真假腔双重供血。DSA显示受累的血管包括肾动脉38个、腹腔干23个、肠系膜上动脉17个、髂总动脉5个;完全源于假腔供血的肾动脉12例, 剩余由真腔供血或真假腔双重供血。
2.4 共92例患者行覆膜支架腔内隔离术, 术后3个月内行64层螺旋CT随访, 结果5例支架轻度移位, 8例轻度变形, 均未做特殊处理, 发现Ⅰ型内漏5例, 均行腔内治疗后无在内漏。其余均重建血管通畅。
3 讨论
3.1 主动脉夹层概述
(1) 病因与发病机制。高血压和动脉硬化是本病患者多发基础病, 主动脉瓣二叶、单瓣畸形、主动脉缩窄等均是其危险因素, 外伤或医源性损伤也可导致AD的发生。在病因学作用下, 主动脉内膜形成破口, 血液通过破口撕裂分离内膜、中膜, 形成夹层, 血液冲击可在远端再形成破口重回主动脉管腔;原血管腔为真腔, 中膜所成腔隙为则假腔, 真假腔间血管内膜为内膜瓣[1,2,3]。 (2) 分型 Debakey按破口位置及累及范围将其分为三型。Ⅰ型:破口位于升主动脉, 累及升主动脉、主动脉弓及降主动脉;Ⅱ型:破口位于升主动脉, 仅累及升主动脉;Ⅲ型:破口位于降主动脉, 仅累及降主动脉。夹层动脉瘤可累及主动脉分支、肾动脉和髂血管。目前, 临床仍沿用传统的本组17例中, Debakey Ⅰ型3例, Ⅱ型2例, Ⅲ型12例。Daily等提出Stanford分类法将凡累及升主动脉的归为A型, 不累及升主动脉的归为B型。AD较多累及肾动脉、腹腔干、肠系膜上动脉, 与本研究中数据基本一致。 (3) 诊治 AD临床疑诊后, 尽快行CT、MRI、DSA等检查, 根据情况选择支架植入或开胸手术。影像学检查对治疗方式的决策有重要参考意义, 很多时候是治疗方案的根据[4,5], 因此探讨良好的诊断方式有积极的临床价值, 这也是本研究的出发点。
3.2 CT多平面成像对AD的诊断价值
AD在CT中特征性的征象为增强扫描见撕脱内膜片呈一低密度弧形状影。螺旋CT检查可全面显示AD大小、位置及范围, 三维重建后可显示夹层与周边组织关系 。除对撕脱的主动脉内膜片清楚显示外, 螺旋CT还能确定真、假腔的存在, 显示主动脉管腔有无增宽, 此外, 尚可观察到内膜破口位置, 可发现有无胸腔、心包积液、积血。主动脉造影曾经一度成为AD的诊断“金标准”, 但随新的检查手段问世, 其敏感度、特异度受到质疑, 随后发展改进的DSA虽有很好的敏感度和特异度, 但耗时间较多, 且注射入造影剂量较大, 不利于患者病情, 尤其是有肾衰竭等基础疾病患者[6,7]。本文数据显示, CT多平面成像诊断AD无论是敏感度或者特异度均与DSA无统计学差异 (P>0.05) , 诊断阳性率也不低于DSA, 但造影剂注入量显著少于DSA (P<0.05) , 提示CT多平面成像能在确保诊断效能的前提下, 带给患者更多收益。MRI显示AD的敏感性和特异度均较高, 但对体内有金属物品患者不能使用, 二维经胸超声诊断阳性率显著低于CT[4], 血管超声尚难以普及, 因此, CT与其他影像学检查比较有优势, 推荐首先使用。
3.3 CT多平面成像对AD治疗的参考意义
破裂口位置对AD分型、治疗方案制定、支架的定位、判断内漏等均有重要参考价值义[8]。64层螺旋CT以其快速薄层的横断扫描以及三维、四维后处理主动脉全程显像, 可准确显示AD 内膜片、破口数量、位置。本文数据显示, CT和DSA诊断均阳性者95例并均得到最后确诊, 发现破裂口134处, CT发现率95.5% (128/134) , DSA发现率64.9% (87/134) , 两者发现率有统计学差异 (P<0.05) ;显示64层螺CT对破裂口发现率显著高于DSA。DSA通常不能行裂口切线位投照, 裂口评估的意义主要在于判断手术的效果。螺旋CT如出现“双腔连通”征象, 即内膜瓣的线状低密度影中断被高密度对比剂取代, 可以确诊裂口平面。如裂口水平位, 可借助任意平面的MPR来显示, 能提高发现率, 避免遗漏。主动脉夹层累及分支动脉致器官缺血时, 需视情况制定治疗方案。本研究中螺旋CT对主动脉分支血管、真假腔关系的显示与DSA基本一致, 螺旋CT还能显示DSA未能确认的肋间动脉、腰动脉小分支等及其与真假腔的关系。这些对支架送放人路的选择很重要。提示CT多平面成像能对临床治疗提供更多信息。另外, 螺旋CT在AD支架置入后, 能观察重建血管的通畅程度、器官功能恢复、假腔能否封闭、血栓有无变化、支架有无移位、变形, 并能监测有无内漏、夹层扩大或破裂。其中内漏是常见的严重并发症, 是影响治疗效果的主要因素。相关文献报道CT可确定有无内漏及其部位、形态、产生原因, 对内漏的敏感度为92%, 特异度为90%[9]。发现内漏后, 能指导进一步处理方案, 这些对术后患者康复都有重要意义, 对有高血压等高危因素的患者无疑更为必须。
摘要：目的:探讨CT多平面成像诊断主动脉夹层及对临床治疗的价值。方法:2004-2010年我院200例疑诊主动脉夹层的患者均行螺旋CT和DSA检查, 比较两种检查手段的诊断效能和对治疗所需径线的测量情况。所有行支架植入患者均予CT随访监测。结果:CT检查诊断主动脉夹层的敏感度为96.1% (98/102) , 特异度为98.0% (96/98) , DSA诊断敏感度为94.1% (96/102) , 特异度为99.0% (97/98) , CT和DSA诊断主动脉夹层敏感度和特异度均无统计学差异 (P>0.05) 。CT破裂口发现率95.5% (128/134) , DSA发现率64.9% (87/134) , 两者发现率有统计学差异 (P<0.05) ;对植入治疗所需的径线测量, CT与DSA基本一致。结论:CT多平面成像诊断主动脉夹层准确度、特异度与DSA无差别, CT对治疗指导意义更大, 术后CT随访监测有积极意义。
关键词：CT多平面成像,主动脉夹层,DSA,敏感度,特异度
参考文献
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多模式成像 篇7
关键词：磁共振成像 (MRI) ,颅脑,弥漫性轴索损伤 (DAI)
Adams等做了大量研究之后, 于1982年正式提出弥漫性轴索损伤 (diffuse axonal injury, DA概念。病因是由于颅脑损伤导致的胼胝体, 大脑半球, 轴突, 脑干的弥漫性损伤, 占颅脑损伤的5%[1]。临床上, 伤势严重、病死率较高的威胁人类生命健康及安全的DAI占脑外伤的48.2%, 预后较差。及时诊断对制定治疗方案非常重要。笔者对临床上被怀疑为DAI的患者采用MRI多序列成像技术检查, 并与术后诊断结果做对比, 用来评价MRI诊断DAI的价值。
1 资料与方法
1.1 一般资料
本组36例患者, 男20例, 女16例, 年龄5~50岁, 摔伤9例, 车祸上27例, 均有昏迷症状, 入院时GCS为4~13分, 术后所有患者均被证实为DAI。
1.2 方法
患者均在入院4d内进行MRI检查。采用Siemens Avanto1.5TMRI扫描仪, 相控阵头线圈, 常规横轴位行SWI, FLAIR, DWI, T1W1扫描, 扫描层厚6mm, 间隔1.2mm。
2 结果
见表1。
注:与术后诊断符合率100%
3 讨论
脑的轴索损伤的主要病理变化是在神经细胞的轴索或神经纤维的变化, 轴索损伤可以是鼓励的或连同临近组织的撕伤, 伴有小学馆撕裂的出血性小区损伤, 多数在脑的中央区或灰白质交界区。最多见于:中-脑桥盖部、胼胝体、三脑室脉络丛、矢状窦旁、海马、脑室周围、透明隔、侧脑室脉络丛、穹隆、扣带回、丘脑、中-桥脑基底部、基底节。主要临床表现为伤后的即刻昏迷, 并呈持续状态, 昏迷时间较长, 且恢复较慢或不完全, 一般五中间清醒期[2]。相当一部分患者无颅内压增高现象。昏迷者往往长期处于去脑强直状态、植物状态或痴呆。该病单独存在时较少, 往往并发其他一些改变, 如可并发颅骨骨折、急性硬膜下血肿、蛛网膜下腔出血、脑室内出血及基底节区血肿等。也有学者认为所谓脑干损伤实际上是DAI的一部分, 而非并发症。
由于颅脑产生旋转角速度或加速度外力作用下, 加之脑膜, 颅骨, 脑脊液, 脑灰白质及颅骨质量差异, 产生运动的加速度不同的现象, 作用于神经纤维的瞬间剪应力产生, 造成轴索结构破坏和小血管断裂, 以至于弥漫性轴索损伤发病。其好发部位在不同密度组织结构之间, 如大脑白质与灰质结合处。DAI主要病理改变即形成弥漫性收缩球 (胼胝体与脑干可出现较小出血灶) 的原因是外伤左右使脑组织轴索逐渐发生肿胀。发生曲折、断裂、轴浆外溢上网神经轴索易形成轴索球。虽然理论上讲DAI是非出血性的, 但其邻近小血管亦可引起出血斑点, 常规影像学检查难以发现。部分专家指出, 80%的DAI病理过程表现为非出血性改变, 小中心微量出血现象仅为20%。对轻微密度差别CT有一定的限制, 与此相反, 具有可以准确的反应出脑缺血的不同病理过程的MRI多序列成像技术使诊断早期颅脑轴索弥漫性创伤成为可能。
常规磁共振 (MRI) 主要依赖于T1W1、T2W1、FLAIR序列等。虽然它们的单独应用对患者脑损伤后的预后评价还有一定的局限性, 但对脑外伤可以做基本的评估。通过施加弥散 (水分子的随机运动——布朗运动) 敏感梯度, 可以反映出水分子的弥散运动幅度弥散加权成像 (DWI) 利用组织中的水的扩散能力不同产生的对比, 通常可以用表观扩散系数 (ADC) 来描述祝之中水分子扩散运动的速度和范围。水分子的弥散运动程度取决于ADC值。结合DWI的高强度信号, 即可提示出病变为血管源性水肿, 细胞外水分增多, 提示病灶具有可逆性。目前大多数医疗单位已将DWI作为DAI的常规检查序列的原因在于DWI的敏感性高, 成像时间短, 易完成检查等优点。
在常规MRI上的表现多种多样的出血灶, 易受血红蛋白的氧化状态, 红细胞的完整性以及磁场强度、接收器带宽、成像序列、T1或T2的加权权重等因素的影响。针对SWI, 包括高铁血红蛋白、脱氧血红蛋白及含铁血黄素在内的大多数血红蛋白代谢产物都是顺磁性物质, 顺磁性物质可快速自旋失相位而出现明显信号强度下降, 因此SWI可以检测出微量的出血灶。
笔者认为DWI联合FLAIR序列提高了非出血性改变的检出率, 但DWI由于有气颅交接区伪影会造成对额叶底部及颞叶边缘病灶评价的不准确性。GRET2*W1联合SWI提高了微出血灶的检测率, 较CT相比, 对蛛网膜下腔出血的显示敏感性更高, 因此, 笔者认为, MRI多序列成像技术对DAI的检查具有指导性意义。
参考文献
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多模式成像 篇8
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具备对地面目标进行高分辨成像识别的能力,且与可见光和红外成像相比,不惧各种恶劣天气,如大雾、大雨、沙尘暴和云层,不受白天和黑夜影响因素的影响,具有全天时、全天候的优点。因此合成孔径雷达获得了非常广泛的应用。然而,传统的SAR条带成像模式其成像测绘条带需与飞行航线保持平行,在恶劣的地理环境和复杂的战场环境下,难以设置与需侦察条带相平行的航线,从而降低了机载雷达系统的作战效能。文章提出的成像模式,实现了测绘条带与飞行航线不平行时对需侦察区域的成像监视,提高了机载雷达侦察系统在恶劣地理环境和复杂战场环境下的作战效能,具有重要的实际应用价值;且该模式仅需在传统合成孔径雷达的硬件基础上适当调整工作时序,通过软件设置增加工作模式和相应的成像处理程序即可实现,应用成本低,适宜推广。
1 成像模式的设计
该工作模式的示意图如图1所示。
从图1中可知,该成像模式相比传统条带模式[1]需随飞行时间T调整天线的侧偏角θ和数字采集板的起始采集波门τd。数字采集板的起始采集波门τd随飞行时间T调整关系如下:
式(1)中,Rn(T)为测绘条带近距端与雷达间的距离。
式(2)中,Rn0为0时刻雷达与测绘条带近距端间的距离,v为平台沿航向的飞行速度,α为测绘条带与飞行航线间的夹角,H为平台飞行高度。
天线侧偏角θ(T)随飞行时间T的调整关系如下:
式(3)中,RS(T)为测绘条带中心与雷达间的距离。
式(4)中,RS0为0时刻雷达与测绘条带中心件的距离。
式(5)中,L为测绘条带宽度。
此外,由于雷达飞行方向与成像条带的不平行,导致成像条带内的场景散射点随距离向分布的不同而分辨率不同。当航迹在地面上的投影与条带方向的夹角(由航迹前进方向顺时针向条带前进方向旋转)小于90°时,位于条带近端的散射点分辨率最高,而位于条带远端的散射点分辨率最低(大于90°时,则刚好相反),因此,为了使整个条带内散射点的分辨率都能够满足要求,在距离向采样时需在指标要求的幅宽基础上增加一附加条带,而附加条带的宽度Lf与分辨率ρa、作用距离Rs的关系可通过下式联系起来:
式(6)中,λ为雷达工作波长。
因此,该工作模式在雷达中的实施流程如图2所示。
(1)依据需侦察的目标确定需侦察的测绘条带,获取测绘带宽度L;并依据平台可活动区域制定飞行航线。
(2)依据确定的测绘条带和制定的航线,计算参数Rs0、Rn0、α。
(3)通过ρa、L、Rn0、α计算附加条带宽度Lf,则雷达需采集的总的测绘宽度为L+Lf,从而确定雷达数字采集板的波门内录取点数。
(4)雷达接口板实时获取平台速度v、平台位置、平台姿态等信息,联合Rs0、Rn0、α,实时计算起始采集波门τd和天线侧偏角θ。
(5)将计算得到的起始采集波门τd送往数字采集板进行实时波门调整;将计算得到的天线侧偏角θ送往伺服系统进行天线侧偏角实时调整。
2 成像算法的设计
成像算法基于距离徙动的影响程度可在距离多普勒算法(RD)[2]、线性尺度变换算法(CS)[3]、距离徙动算法(RMA)[4]等算法中进行选择,而距离徙动的影响程度由雷达的作用距离、方位分辨率、场景宽度、平台运动速度等因素决定,需针对雷达的具体工作模式进行分析[5,6]。从图1可知,论文提出的工作模式其工作原理实质上与传统条带相同,但在实施过程中数字采集板起始采集波门的实时调整导致同一目标的回波包络发生了变化,需在成像算法中进行补偿,需在距离压缩后依据工作模式实施过程中起始采集波门的变化曲线进行反校正,见图3所示。
3 与航线不平行测绘条带成像模式设计示例及试验图像
通过计算工作参数,增加相应的控制逻辑与调整算法,成功地在机载成像雷达试验平台上验证了该模式,具体情况如下:
平台飞行高度H为5 000 m,飞行速度v为120 m/s,设置0时刻雷达与测绘条带近距端间的距离Rn0为20 km,测绘条带与飞行航线间的夹角为10°,有效测绘带宽L为2.2 km,分辨率ρa为0.5 m,计算得到的附加条带的宽度Lf为135m,则起始采集波门τd和天线侧偏角θ的调整曲线计算如图4和图5所示。该模式的飞行试验实时成像结果见图6所示。
4 结束语
合成孔径雷达(SAR)具备对地面目标进行高分辨成像识别的能力。文章提出了一种成像模式,可实现测绘条带与飞行航线不平行时对需侦察区域的成像监视,并通过试验验证了该成像模式及其算法的可行性,提高了机载雷达侦察系统在恶劣地理环境和复杂战场环境下的作战效能,具有重要的实际应用价值。
摘要：文章提出的成像模式实现了测绘条带与飞行航线不平行时对需侦察区域的成像监视,提高了机载雷达侦察系统在恶劣地理环境和复杂战场环境下的作战效能。依据成像几何的分析得到该模式的设计方法,文章给出了该模式下的成像算法以及该模式的设计示例与实际试验图像,并验证了设计的正确性。
关键词：与航线不平行,条带成像,起始采集波门,天线侧偏角
参考文献
[1]保铮,邢孟道,王彤.雷达成像技术[M].北京:电子工业出版杜,2005.
[2]Mehrdad S Synthetic aperture radar signal processing with MATLAB algorithms[M].New Jersey:Prentice-Hall,1999.
[3]Raney R K.Runge H.Bamler R,et al.Precision SAR processingusing chirp scaling[J].IEEE Trans,on GRS,1994,32(7):786-799.
[4]Bamler R.A comparison of range-doppler and wavenumber domain SAR focusing algorithms[J].IEEE Trans,on GRS,1992,30(4):706-713.
[5]何志华.Stripmap SAR成像算法研究[D].长沙:国防科学技术大学,2005.