本發(fā)明屬于影像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

micro-ct作為針對(duì)小動(dòng)物的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)醫(yī)用ct具有成像分辨率高的特點(diǎn)，空間分辨率可以到達(dá)微米級(jí)，同時(shí)其重建精度相較于傳統(tǒng)醫(yī)用ct也更高。micro-ct成像對(duì)心臟成像具有重要意義，而傳統(tǒng)的micro-ct成像存在一些問題：由于使用了門控技術(shù)進(jìn)行投影數(shù)據(jù)的分時(shí)相提取，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)micro-ct系統(tǒng)存在每次觸發(fā)光源只能采集一張圖像的問題，這樣導(dǎo)致了采集速度過慢，大大增加了x射線的曝光量并降低了效率；采集時(shí)間的縮短意味著曝光時(shí)間減少，從而圖像的對(duì)比度較低，降低了重建結(jié)果的信噪比。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：傳統(tǒng)的micro-ct成像存在采集速度過慢，大大增加了x射線的曝光量并降低了效率；圖像的對(duì)比度較低，降低了重建結(jié)果的信噪比。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像系統(tǒng)，所述基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像系統(tǒng)包括：

前端心電信號(hào)采集模塊，用于獲取ct圖像采集時(shí)的小鼠實(shí)時(shí)心跳信息；

dsp信號(hào)處理板卡，通過獲取小鼠的心電信息來產(chǎn)生觸發(fā)電平，并觸發(fā)x射線探測(cè)器完成小鼠投影圖像的采集；

micro-ct醫(yī)學(xué)影像采集系統(tǒng)，通過rs232與dsp信號(hào)處理板卡連接，用于對(duì)待掃描物體按360度掃描多個(gè)斷面，用于對(duì)360個(gè)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像系統(tǒng)的基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像方法，所述基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像方法包括：以下步驟：

步驟一，將小鼠置于載物臺(tái)上，位于x光源和x射線探測(cè)器之間，所需成像區(qū)域置于探測(cè)器有效視場(chǎng)之內(nèi)，將雙極導(dǎo)聯(lián)的前端插入小鼠左前肢及右后肢肌肉組織內(nèi)，銀針末端與紐扣式心電導(dǎo)聯(lián)接頭相連；

步驟二，雙電極導(dǎo)聯(lián)接入心電采集模塊，固定于小鼠后側(cè)，處于x射線探測(cè)器有效視場(chǎng)外，心電模塊的模擬輸出端接入dsp信號(hào)處理板卡的ad轉(zhuǎn)換輸入接口；

步驟三，dsp信號(hào)處理板卡的ad轉(zhuǎn)換模塊接收模擬心電信號(hào)輸入，并記錄小鼠心電信號(hào)模擬輸入量的最大電位值，將數(shù)值產(chǎn)生的時(shí)刻作為小鼠心臟搏動(dòng)的最舒張時(shí)刻，并在測(cè)得接近這個(gè)最大值的時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)由0到1的ttl電平變化，高電平應(yīng)持續(xù)超過2ms，達(dá)到所需觸發(fā)x射線探測(cè)器的最短維持時(shí)間；

步驟四，dsp信號(hào)處理板卡的通過ad轉(zhuǎn)換模塊判斷小鼠心電信號(hào)兩次波峰之間的時(shí)間，并按照探測(cè)器所需積分時(shí)間判斷出小鼠心臟搏動(dòng)的一個(gè)完整周期內(nèi)應(yīng)獲取的運(yùn)動(dòng)相位個(gè)數(shù)；

步驟五，根據(jù)步驟四所得到的單周期相位個(gè)數(shù)確定pc機(jī)對(duì)x射線探測(cè)器的配置參數(shù)，配置探測(cè)器的單幀曝光時(shí)間、圖像序列總幀數(shù)、binning參數(shù)、探測(cè)器觸發(fā)模式、探測(cè)器掃描模式；

步驟六，啟動(dòng)micro-ct系統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤使能，開始捕捉小鼠心跳信號(hào)，在小鼠心電r峰處由dsp信號(hào)處理板卡向x射線探測(cè)器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，完成單角度下的投影數(shù)據(jù)采集；

步驟七，在每個(gè)角度采集完畢之后由計(jì)算機(jī)控制大盤旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，之后重復(fù)進(jìn)行步驟六中的操作，直至360個(gè)角度的投影數(shù)據(jù)都采集完畢。

進(jìn)一步，所述步驟四中具體關(guān)系如下：

單周期相位個(gè)數(shù)＝心跳周期/單張投影積分時(shí)間。

進(jìn)一步，采用硬件外觸發(fā)工作模式來控制x射線探測(cè)器進(jìn)行圖像采集，由dsp信號(hào)處理板卡產(chǎn)生短時(shí)間高電平，并輸入x射線探測(cè)器的syncin接口；x射線探測(cè)器在接收來自dsp信號(hào)處理板卡的觸發(fā)請(qǐng)求后，經(jīng)過一個(gè)不固定時(shí)間段之后開始進(jìn)行圖像采集，并將采集結(jié)果放于緩存中；在一個(gè)角度完成整個(gè)心臟運(yùn)動(dòng)周期的投影圖像序列采集之后，計(jì)算機(jī)將緩存中的數(shù)據(jù)取出，并進(jìn)行解碼保存，并按照掃描角度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行編號(hào)，保存于計(jì)算機(jī)中。

進(jìn)一步，數(shù)據(jù)采集完畢之后，按照所保存的smv文件定義，將每個(gè)角度所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，按相位進(jìn)行分組，即將360個(gè)smv文件中相同相位的投影數(shù)據(jù)提出，進(jìn)行分組，進(jìn)行單相位數(shù)據(jù)重建。

進(jìn)一步，所述dsp信號(hào)處理板卡的信號(hào)處理方法包括：

步驟一，對(duì)dsp信號(hào)處理板卡進(jìn)行初始化配置；

步驟二，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換器的初始化工作以及相關(guān)工作方式的設(shè)置；將模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作頻率設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)工作頻率25mhz，接著將使能模數(shù)轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘；

步驟三，完成系統(tǒng)定時(shí)器timer0的配置工作；將timer0的工作頻率選為150mhz，timer0定時(shí)器的最小時(shí)間精度為1微秒，在次將定時(shí)器中斷時(shí)間間隔設(shè)定為1毫秒，系統(tǒng)計(jì)時(shí)器的中斷計(jì)數(shù)器可存儲(chǔ)32位長(zhǎng)度的計(jì)數(shù)信息；

步驟四，進(jìn)行cpu中斷使能，cpu將接受來自系統(tǒng)定時(shí)器的中斷請(qǐng)求，dsp信號(hào)處理板卡將不間斷地讀取串口接收區(qū)，判斷是否有來自dsp信號(hào)處理板卡的門控請(qǐng)求信號(hào)；當(dāng)dsp信號(hào)處理板卡向dsp信號(hào)處理板卡發(fā)送門控請(qǐng)求時(shí)，dsp信號(hào)處理板卡端將針對(duì)請(qǐng)求信號(hào)做出響應(yīng)，啟動(dòng)全局中斷；

步驟五，dsp信號(hào)處理板卡不斷地對(duì)串口接收區(qū)進(jìn)行重復(fù)讀取，判斷是否有來自dsp信號(hào)處理板卡發(fā)送的伺服電機(jī)使能開關(guān)操作信號(hào)；

步驟六，在等待dsp信號(hào)處理板卡通過串口發(fā)送伺服使能操作信號(hào)的同時(shí)，dsp信號(hào)處理板卡全局中斷處于開啟狀態(tài)；當(dāng)dsp信號(hào)處理板卡程序運(yùn)行至中斷函數(shù)時(shí)，讀取gpio引腳的值，伺服電機(jī)不在關(guān)閉狀態(tài)，則跳出中斷函數(shù)，重新接受dsp信號(hào)處理板卡的請(qǐng)求；當(dāng)伺服電機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，dsp信號(hào)處理板卡開始進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，同時(shí)timer0中斷計(jì)數(shù)器自增；

步驟七，當(dāng)dsp信號(hào)處理板卡系統(tǒng)復(fù)位之后，將利用最初的3秒鐘進(jìn)行小鼠心電r波波峰數(shù)字量的判斷，dsp信號(hào)處理板卡不斷地進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換；

步驟八，當(dāng)再次進(jìn)入中斷函數(shù)之后，dsp信號(hào)處理板卡判斷ad的采樣值為r波波峰時(shí)，gpio01引腳將立刻被拉高，持續(xù)3毫秒，觸發(fā)x射線探測(cè)器進(jìn)行投影數(shù)據(jù)的采集工作。

進(jìn)一步，所述dsp信號(hào)處理板卡的探測(cè)器采集投影數(shù)據(jù)的解碼以及存儲(chǔ)方法包括：

第一步，對(duì)計(jì)算機(jī)的總線進(jìn)行搜索；

第二步，搜索到x射線探測(cè)器之后，通過dexela1512型探測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)x射線探測(cè)器的配置；

第三步，進(jìn)行伺服電機(jī)的配置，調(diào)用固高控制板卡自帶動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)打開運(yùn)動(dòng)控制器，設(shè)置當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制器的卡號(hào)并讀取運(yùn)動(dòng)控制器的系統(tǒng)時(shí)鐘；對(duì)電機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)加以判斷；

第四步，串口的配置，計(jì)算機(jī)通過rs232串口對(duì)x射線源進(jìn)行配置，對(duì)x射線源的電流和電壓進(jìn)行配置；

第五步，計(jì)算機(jī)通過串口與dsp信號(hào)處理板卡控制板相連；當(dāng)動(dòng)態(tài)仿體開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)，串口緩沖區(qū)將不斷被檢查，是否有來自dsp信號(hào)處理板卡的信號(hào)；當(dāng)dsp信號(hào)處理板卡端完成對(duì)動(dòng)態(tài)仿體的運(yùn)動(dòng)周期捕獲時(shí)，將向串口寫入該周期值，并由計(jì)算機(jī)串口讀?。?/p>

第六步，由計(jì)算機(jī)對(duì)x射線探測(cè)器進(jìn)行參數(shù)配置，參數(shù)包括投影序列幀數(shù)、單張投影曝光時(shí)間、探測(cè)器觸發(fā)方式以及高靈敏度/高動(dòng)態(tài)工作模式選擇；

第七步，對(duì)x射線探測(cè)器一次觸發(fā)周期內(nèi)投影數(shù)據(jù)幀數(shù)的配置需要用到由dsp信號(hào)處理板卡門控單元反饋的小鼠心電信號(hào)周期參數(shù)；獲取到小鼠心電周期值后，將根據(jù)探測(cè)器單張投影數(shù)據(jù)的曝光時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)仿體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)相位的劃分，投影圖像序列數(shù)由小鼠心臟的機(jī)械運(yùn)動(dòng)周期除以x射線探測(cè)器單張投影數(shù)據(jù)曝光時(shí)間得到，投影圖像序列數(shù)即為小鼠心臟搏動(dòng)的一個(gè)完整運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)所劃分的運(yùn)動(dòng)相位個(gè)數(shù)；

第八步，進(jìn)行x射線探測(cè)器觸發(fā)模式的選擇，將探測(cè)器設(shè)置為外部硬件觸發(fā)模式，由計(jì)算機(jī)控制探測(cè)器進(jìn)入觸發(fā)等待狀態(tài)，接著將由dsp信號(hào)處理板卡門控單元完成探測(cè)器的觸發(fā)工作；

第九步，探測(cè)器將進(jìn)入觸發(fā)信號(hào)的等待狀態(tài)，計(jì)算機(jī)軟件將顯示目前x射線探測(cè)器已捕獲到的圖像幀數(shù)，并快速刷新該參數(shù)；當(dāng)探測(cè)器收到來自dsp信號(hào)處理板卡的外部觸發(fā)信號(hào)時(shí)，探測(cè)器開始按照配置的參數(shù)進(jìn)行圖像采集，采集到的投影數(shù)據(jù)將通過cameralink高速傳輸線寫入計(jì)算機(jī)緩存；

第十步，當(dāng)每次探測(cè)器被觸發(fā)并完成采集工作之后，檢查是否完成了小鼠心臟的360度數(shù)據(jù)采集，若沒有完成全部角度的采集工作，將由計(jì)算機(jī)軟件控制gts400運(yùn)動(dòng)控制卡，經(jīng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)micro-ct大盤的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為1度；當(dāng)360度的圖像數(shù)據(jù)均采集完成之后，程序結(jié)束。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種安裝有所述基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像系統(tǒng)的micro-ct系統(tǒng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：通過捕捉活體小鼠心電信息，提取小鼠心電信號(hào)的r波波峰，判斷小鼠心臟的機(jī)械運(yùn)動(dòng)相位，并且在相位下利用micro-ct成像技術(shù)對(duì)小鼠心臟部位進(jìn)行投影數(shù)據(jù)序列采集，由此得到小鼠在每一個(gè)角度下的整個(gè)心臟機(jī)械運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的多個(gè)相位圖像，micro-ct采用“轉(zhuǎn)—停”掃描的模式進(jìn)行工作，當(dāng)360度投影圖像均采集完成之后，利用所有角度下的多相位圖像序列進(jìn)行圖像重建，從而恢復(fù)出小鼠心臟在一個(gè)完整心跳周期內(nèi)的多個(gè)相位的重建圖像。利用了x射線探測(cè)器的投影圖像序列采集技術(shù)，使得在小鼠心臟的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期(即一個(gè)心跳周期)內(nèi)可以一次性采集到該心跳周期內(nèi)全部小鼠運(yùn)動(dòng)相位的投影圖像，取代了以前micro-ct的動(dòng)態(tài)成像技術(shù)在一個(gè)心跳周期內(nèi)僅能采集一張投影圖像的方法，提高了系統(tǒng)工作效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、前端心電信號(hào)采集模塊；2、dsp信號(hào)處理板卡；3、micro-ct醫(yī)學(xué)影像采集系統(tǒng)。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的下位機(jī)程序設(shè)計(jì)的流程圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的對(duì)應(yīng)的上位機(jī)采集軟件的設(shè)計(jì)流程圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的micro-ct心電門控的探測(cè)器采集工作方式時(shí)序示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像方法流程圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的利用門控技術(shù)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行的重建結(jié)果示意圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的沒有利用門控技術(shù)所采集的重建結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像系統(tǒng)包括：

前端心電信號(hào)采集模塊1，用于獲取ct圖像采集時(shí)的小鼠實(shí)時(shí)心跳信息；

dsp信號(hào)處理板卡2，通過獲取小鼠的心電信息來產(chǎn)生觸發(fā)電平，并觸發(fā)x射線探測(cè)器完成小鼠投影圖像的采集；

micro-ct醫(yī)學(xué)影像采集系統(tǒng)3，通過rs232與dsp信號(hào)處理板卡2連接，主要由轉(zhuǎn)盤、x射線探測(cè)器以及x光源構(gòu)成，整個(gè)micro-ct將采用轉(zhuǎn)筒式結(jié)構(gòu)，其類似于臨床上使用的ct，此時(shí)探測(cè)器和x射線源則被固定于一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的桶架上面，掃描的時(shí)候圍繞被測(cè)物體旋轉(zhuǎn)一周，實(shí)現(xiàn)多角度的圖像采集，而樣本放在桶架中心的載物臺(tái)上面保持位置不變。并且其下方各有一個(gè)平移臺(tái)，可以用來調(diào)節(jié)x射線源和x射線探測(cè)器相對(duì)位置。小動(dòng)物放置在轉(zhuǎn)盤中心的載物臺(tái)上，采集圖像的時(shí)候大盤勻速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多角度的掃描，小動(dòng)物放在中心固定不動(dòng)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分實(shí)現(xiàn)：

其中下位機(jī)(dsp信號(hào)處理板卡)的程序設(shè)計(jì)部分流程圖如圖2所示，具體方法如下：

1.首先，程序?qū)?duì)dsp信號(hào)處理板卡進(jìn)行初始化配置，其中程序從rom向ram的完全搬移以及gpio引腳的配置工作將在該部分完成。

2.完成dsp信號(hào)處理板卡的基本初始化之后，將進(jìn)行adc的初始化工作以及相關(guān)工作方式的設(shè)置。首先是adc模塊工作時(shí)鐘的設(shè)置，需要將adc的工作頻率設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)工作頻率25mhz，接著將使能adc時(shí)鐘。adc的工作方式設(shè)定為順序采樣，在25mhz下不做分頻處理，設(shè)置連續(xù)采樣并開啟覆蓋排序，選取a0采樣通道。

3.完成系統(tǒng)定時(shí)器timer0的配置工作。將timer0的工作頻率選為150mhz，timer0定時(shí)器的最小時(shí)間精度為1微秒，在次將定時(shí)器中斷時(shí)間間隔設(shè)定為1毫秒，系統(tǒng)計(jì)時(shí)器的中斷計(jì)數(shù)器可存儲(chǔ)32位長(zhǎng)度的計(jì)數(shù)信息。

4.完成adc的配置工作以及系統(tǒng)定時(shí)器的設(shè)置后，進(jìn)行cpu中斷使能，此時(shí)cpu將接受來自系統(tǒng)定時(shí)器的中斷請(qǐng)求。之后，dsp信號(hào)處理板卡將不間斷地讀取串口接收區(qū)，判斷是否有來自上位機(jī)的門控請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)上位機(jī)向dsp信號(hào)處理板卡發(fā)送門控請(qǐng)求時(shí)，dsp信號(hào)處理板卡端將針對(duì)請(qǐng)求信號(hào)做出響應(yīng)，啟動(dòng)全局中斷。

5.dsp信號(hào)處理板卡不斷地對(duì)串口接收區(qū)進(jìn)行重復(fù)讀取，判斷是否有來自上位機(jī)發(fā)送的伺服電機(jī)使能開關(guān)操作信號(hào)。如果dsp信號(hào)處理板卡驗(yàn)證到上位機(jī)發(fā)送來的私服電機(jī)使能開啟信號(hào)，將通過控制gpio02的引腳對(duì)電磁繼電器進(jìn)行導(dǎo)通控制，可以將電磁繼電器看作是一個(gè)開關(guān)，當(dāng)dsp信號(hào)處理板卡的gpio02引腳輸出高電平時(shí)，電磁繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將被使能，計(jì)算機(jī)可以通過控制卡對(duì)micro-ct轉(zhuǎn)盤進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。當(dāng)計(jì)算機(jī)控制大盤轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度后，由計(jì)算機(jī)向dsp信號(hào)處理板卡發(fā)送伺服使能關(guān)閉信號(hào)，dsp信號(hào)處理板卡在接收到該信號(hào)后將gpio02引腳拉低，從而實(shí)現(xiàn)伺服使能的關(guān)閉操作。

6.在等待上位機(jī)通過串口發(fā)送伺服使能操作信號(hào)的同時(shí)，dsp信號(hào)處理板卡全局中斷處于開啟狀態(tài)，此時(shí)dsp信號(hào)處理板卡將可正常通過timer0中斷進(jìn)入中斷函數(shù)。當(dāng)dsp信號(hào)處理板卡程序運(yùn)行至中斷函數(shù)時(shí)，首先讀取gpio引腳的值，保證此時(shí)伺服電機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，若伺服電機(jī)不在關(guān)閉狀態(tài)，則跳出中斷函數(shù)，重新接受上位機(jī)的請(qǐng)求。當(dāng)伺服電機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，dsp信號(hào)處理板卡開始進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，同時(shí)timer0中斷計(jì)數(shù)器自增。

7.當(dāng)dsp信號(hào)處理板卡系統(tǒng)復(fù)位之后，將利用最初的3秒鐘進(jìn)行小鼠心電r波波峰數(shù)字量的判斷，此時(shí)dsp信號(hào)處理板卡將不斷地進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，并當(dāng)ad轉(zhuǎn)換較大的數(shù)值出現(xiàn)時(shí)，覆蓋之前出現(xiàn)的較小值，并將最大的數(shù)字量保存起來記為max。接著，利用一個(gè)存儲(chǔ)空間為5的數(shù)組a[5]循環(huán)保存先后采集到的心電信號(hào)數(shù)據(jù)，僅當(dāng)數(shù)組元素均大于0.95max，并且滿足數(shù)組第三個(gè)元素a[2]處于數(shù)組元素最大值，a[0]、a[1]遞增，a[3]、a[4]遞減時(shí)，將該時(shí)刻近似看作小鼠心臟機(jī)械運(yùn)動(dòng)的最舒張時(shí)刻。根據(jù)r波波峰的判定，可以根據(jù)相鄰波峰間timer0中斷計(jì)數(shù)值得到小鼠心跳周期，單位為毫秒。dsp信號(hào)處理板卡計(jì)算得到小鼠的心跳周期之后，將該信息通過rs232串口反饋給計(jì)算機(jī)。

8.當(dāng)再次進(jìn)入中斷函數(shù)之后，一旦dsp信號(hào)處理板卡判斷ad的采樣值為r波波峰時(shí)，gpio01引腳將立刻被拉高，持續(xù)3毫秒，從而觸發(fā)x射線探測(cè)器進(jìn)行投影數(shù)據(jù)的采集工作。對(duì)x射線探測(cè)器成功觸發(fā)之后，dsp信號(hào)處理板卡將不會(huì)等待探測(cè)器采集完畢，即刻進(jìn)入下一個(gè)系統(tǒng)中斷階段，x射線探測(cè)器的采集數(shù)據(jù)獲取和存儲(chǔ)操作將由計(jì)算機(jī)來完成。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像系統(tǒng)的上位機(jī)軟件(計(jì)算機(jī)采集軟件)的配合dsp信號(hào)處理板卡進(jìn)行x射線探測(cè)器相關(guān)曝光參數(shù)的配置，以及探測(cè)器觸發(fā)方式的設(shè)置，并完成探測(cè)器采集投影數(shù)據(jù)的解碼以及存儲(chǔ)工作，具體軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示，方法如下：

1.程序開始時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)計(jì)算機(jī)的總線進(jìn)行搜索，以保證x射線探測(cè)器位于總線上，如果在計(jì)算機(jī)總線未找到探測(cè)器設(shè)備，則彈出未找到設(shè)備的提示框，并終止程序。

2.在成功搜索到x射線探測(cè)器之后，系統(tǒng)會(huì)將設(shè)備掛在總線上，此時(shí)可通過dexela1512型探測(cè)器的軟件開發(fā)包所提供的函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)x射線探測(cè)器的配置，此時(shí)所需配置的探測(cè)器參數(shù)還不完整，暫時(shí)將探測(cè)器掛起在總線上進(jìn)入待配置狀態(tài)。

3.接下來程序?qū)⑦M(jìn)行伺服電機(jī)的配置。在程序運(yùn)行之前，需保證科爾摩根伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器處于通電狀態(tài)，且電機(jī)使能開關(guān)需保證已打開，驅(qū)動(dòng)器通過固高gts400運(yùn)動(dòng)控制板卡與計(jì)算機(jī)相連接。在保證硬件設(shè)置和連接正確的基礎(chǔ)上，進(jìn)行對(duì)伺服電機(jī)的初始化操作，將調(diào)用固高控制板卡自帶動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)打開運(yùn)動(dòng)控制器，接著設(shè)置當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制器的卡號(hào)并讀取運(yùn)動(dòng)控制器的系統(tǒng)時(shí)鐘。初始化過程還需要對(duì)電機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)加以判斷，如果電機(jī)當(dāng)前情況下處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則讓其停止運(yùn)動(dòng)。初始化操作完成后，程序?qū)⒎祷匾粋€(gè)布爾值，當(dāng)返回true時(shí)，表示初始化成功。

4.接下來軟件將實(shí)現(xiàn)串口的配置，pc將通過串口與x射線源以及dsp信號(hào)處理板卡板卡進(jìn)行通訊。計(jì)算機(jī)通過rs232串口對(duì)x射線源進(jìn)行配置，需要對(duì)x射線源的電流和電壓進(jìn)行配置，通常將管電壓設(shè)置為50kv，管電流設(shè)置為300ua，焦斑大小設(shè)置為中焦斑。同時(shí)，x射線源信息監(jiān)控模塊將x射線當(dāng)前的實(shí)時(shí)電壓電流參數(shù)反饋給計(jì)算機(jī)，方便用戶進(jìn)行觀察。

5.同時(shí)，計(jì)算機(jī)通過串口與dsp信號(hào)處理板卡控制板相連。串口通訊的波特率將設(shè)定為9600，具有8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)。需要注意的是，伺服電機(jī)在上電進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)干擾，普通的3線制rs232串口線將會(huì)受到磁場(chǎng)的影響，從而影響到計(jì)算機(jī)與dsp信號(hào)處理板卡之間的正常串口通信。為此，將rs232接口轉(zhuǎn)換為rs422接口，并通過外接5v穩(wěn)壓電源的方式，提高了串口傳輸線路的驅(qū)動(dòng)能力和抗干擾能力。由于rs232與rs422的接口轉(zhuǎn)換完全為硬件完成，不需要對(duì)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件與dsp信號(hào)處理板卡程序進(jìn)行更改。當(dāng)動(dòng)態(tài)仿體開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)，串口緩沖區(qū)將不斷被檢查，看是否有來自dsp信號(hào)處理板卡的信號(hào)。當(dāng)dsp信號(hào)處理板卡端完成對(duì)動(dòng)態(tài)仿體的運(yùn)動(dòng)周期捕獲時(shí)，將向串口寫入該周期值，并由計(jì)算機(jī)串口讀取。

6.接下來需要由計(jì)算機(jī)對(duì)x射線探測(cè)器進(jìn)行參數(shù)配置，參數(shù)包括投影序列幀數(shù)、單張投影曝光時(shí)間、探測(cè)器觸發(fā)方式以及高靈敏度/高動(dòng)態(tài)工作模式選擇。

7.對(duì)x射線探測(cè)器一次觸發(fā)周期內(nèi)投影數(shù)據(jù)幀數(shù)的配置需要用到由dsp信號(hào)處理板卡門控單元反饋的小鼠心電信號(hào)周期參數(shù)。當(dāng)程序獲取到小鼠心電周期值后，程序?qū)⒏鶕?jù)探測(cè)器單張投影數(shù)據(jù)的曝光時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)仿體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)相位的劃分，投影圖像序列數(shù)由小鼠心臟的機(jī)械運(yùn)動(dòng)周期除以x射線探測(cè)器單張投影數(shù)據(jù)曝光時(shí)間得到，投影圖像序列數(shù)即為小鼠心臟搏動(dòng)的一個(gè)完整運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)所劃分的運(yùn)動(dòng)相位個(gè)數(shù)。

8.需要進(jìn)行x射線探測(cè)器觸發(fā)模式的選擇，將探測(cè)器設(shè)置為外部硬件觸發(fā)模式，由計(jì)算機(jī)控制探測(cè)器進(jìn)入觸發(fā)等待狀態(tài)，接著將由dsp信號(hào)處理板卡門控單元完成探測(cè)器的觸發(fā)工作。

9.當(dāng)探測(cè)器配置完成時(shí)，探測(cè)器將進(jìn)入觸發(fā)信號(hào)的等待狀態(tài)，此時(shí)計(jì)算機(jī)軟件將顯示目前x射線探測(cè)器已捕獲到的圖像幀數(shù)，并快速刷新該參數(shù)。當(dāng)探測(cè)器收到來自dsp信號(hào)處理板卡的外部觸發(fā)信號(hào)時(shí)，探測(cè)器開始按照配置的參數(shù)進(jìn)行圖像采集，采集到的投影數(shù)據(jù)將通過cameralink高速傳輸線寫入計(jì)算機(jī)緩存。當(dāng)一個(gè)觸發(fā)周期內(nèi)的所有圖像二進(jìn)制數(shù)據(jù)都采集完成并寫入計(jì)算機(jī)緩存后，由軟件完成對(duì)緩存區(qū)原始數(shù)據(jù)的解碼操作，并按照探測(cè)器設(shè)定參數(shù)將解碼后的生數(shù)據(jù)按參數(shù)保存到計(jì)算機(jī)指定位置。

10.當(dāng)每次探測(cè)器被觸發(fā)并完成采集工作之后，程序?qū)z查是否完成了小鼠心臟的360度數(shù)據(jù)采集，若沒有完成全部角度的采集工作，將由計(jì)算機(jī)軟件控制gts400運(yùn)動(dòng)控制卡，經(jīng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)micro-ct大盤的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為1度。當(dāng)360度的圖像數(shù)據(jù)均采集完成之后，程序結(jié)束。

本發(fā)明應(yīng)用x射線探測(cè)器的硬件式外觸發(fā)工作方式，即由pc機(jī)負(fù)責(zé)x射線探測(cè)器的參數(shù)配置，但命令探測(cè)器進(jìn)行實(shí)際曝光操作的觸發(fā)信號(hào)則交由第三方設(shè)備來完成，由基于dsp信號(hào)處理板卡芯片的控制板卡來完成外觸發(fā)信號(hào)的產(chǎn)生。

如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于前瞻式心電門控的小鼠心臟成像方法包括以下步驟：

步驟一，將小鼠置于載物臺(tái)上，位于x光源和x射線探測(cè)器之間，所需成像區(qū)域置于探測(cè)器有效視場(chǎng)之內(nèi)，將雙極導(dǎo)聯(lián)的前端(銀針)插入小鼠左前肢及右后肢肌肉組織內(nèi)，銀針末端與紐扣式心電導(dǎo)聯(lián)接頭相連，用導(dǎo)電膠增大接觸面積；

步驟二，雙電極導(dǎo)聯(lián)接入心電采集模塊，固定于小鼠后側(cè)，處于x射線探測(cè)器有效視場(chǎng)外，心電模塊的模擬輸出端接入dsp信號(hào)處理板卡的ad轉(zhuǎn)換輸入接口；

步驟三，dsp信號(hào)處理板卡的ad轉(zhuǎn)換模塊接收模擬心電信號(hào)輸入，并記錄小鼠心電信號(hào)模擬輸入量的最大電位值，將此數(shù)值產(chǎn)生的時(shí)刻作為小鼠心臟搏動(dòng)的最舒張時(shí)刻，并在測(cè)得接近這個(gè)最大值的時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)由0到1的ttl電平變化，高電平應(yīng)持續(xù)超過2ms，以達(dá)到所需觸發(fā)x射線探測(cè)器的最短維持時(shí)間；

步驟四，dsp信號(hào)處理板卡的通過ad轉(zhuǎn)換模塊判斷小鼠心電信號(hào)兩次波峰之間的時(shí)間，并按照探測(cè)器所需積分時(shí)間判斷出小鼠心臟搏動(dòng)的一個(gè)完整周期內(nèi)應(yīng)獲取的運(yùn)動(dòng)相位個(gè)數(shù)，具體關(guān)系如下：

單周期相位個(gè)數(shù)＝心跳周期/單張投影積分時(shí)間；

步驟五，根據(jù)步驟四所得到的單周期相位個(gè)數(shù)確定pc機(jī)對(duì)x射線探測(cè)器的配置參數(shù)，配置探測(cè)器的單幀曝光時(shí)間、圖像序列總幀數(shù)、binning參數(shù)、探測(cè)器觸發(fā)模式、探測(cè)器掃描模式；

步驟六，啟動(dòng)micro-ct系統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤使能，開始捕捉小鼠心跳信號(hào)，在小鼠心電r峰處由dsp信號(hào)處理板卡向x射線探測(cè)器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，完成單角度下的投影數(shù)據(jù)采集；

步驟七，在每個(gè)角度采集完畢之后由計(jì)算機(jī)控制大盤旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，之后重復(fù)進(jìn)行步驟六中的操作，直至360個(gè)角度的投影數(shù)據(jù)都采集完畢。

所述步驟五中，考慮到小鼠心臟跳動(dòng)頻率較快，為了能精確的區(qū)分中小鼠心臟在不同心跳相位狀態(tài)的下的明顯區(qū)別，探測(cè)器的曝光時(shí)間不宜過長(zhǎng)，建議選取在當(dāng)前binning參數(shù)下的最短曝光時(shí)間來進(jìn)行投影數(shù)據(jù)掃描，binning參數(shù)設(shè)置與探測(cè)器最短曝光時(shí)間；

探測(cè)器的序列總幀數(shù)應(yīng)與步驟四中所得單周期相位個(gè)數(shù)相一致，但重建時(shí)應(yīng)考慮不同運(yùn)動(dòng)相位間的明顯區(qū)別并盡量縮短重建所需的時(shí)間，可以不完全重建所有的運(yùn)動(dòng)相位，而是相隔一個(gè)固定數(shù)值進(jìn)行重建，縮小最終重建得到的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)個(gè)數(shù)；

對(duì)于x射線探測(cè)器而言，區(qū)別于一般micro-ct系統(tǒng)的軟件觸發(fā)模式，采用硬件外觸發(fā)工作模式來控制x射線探測(cè)器進(jìn)行圖像采集，由dsp信號(hào)處理板卡產(chǎn)生短時(shí)間高電平，并輸入x射線探測(cè)器的syncin接口；x射線探測(cè)器在接收來自dsp信號(hào)處理板卡的觸發(fā)請(qǐng)求后，經(jīng)過一個(gè)不固定時(shí)間段(該時(shí)間長(zhǎng)短由x射線探測(cè)器上一幀未采集完畢的剩余掃描時(shí)間決定)之后開始進(jìn)行圖像采集，并將采集結(jié)果放于緩存中；在一個(gè)角度完成整個(gè)心臟運(yùn)動(dòng)周期的投影圖像序列采集之后，計(jì)算機(jī)將緩存中的數(shù)據(jù)取出，并進(jìn)行解碼保存，并按照掃描角度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行編號(hào)，保存于計(jì)算機(jī)中。

數(shù)據(jù)采集完畢之后，按照所保存的smv文件定義，將每個(gè)角度所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，按相位進(jìn)行分組，即將360個(gè)smv文件中相同相位的投影數(shù)據(jù)提出，進(jìn)行分組，然后進(jìn)行單相位數(shù)據(jù)重建。

下面結(jié)合對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細(xì)的描述。

在系統(tǒng)性能測(cè)試過程中，利用一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)仿體進(jìn)行micro-ct的動(dòng)態(tài)采集，仿體的運(yùn)動(dòng)速度與小鼠心臟相近，為每分鐘運(yùn)動(dòng)500個(gè)完整周期。圖6為利用本專利的門控技術(shù)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行的重建結(jié)果，圖7為不用門控技術(shù)所采集的重建結(jié)果?？梢钥吹?，利用門控技術(shù)可以捕捉到高速運(yùn)動(dòng)的仿體并成功重建中某一瞬間的仿體圖像，而不利用門控技術(shù)的重建結(jié)果則雜亂無章。由于小鼠心臟運(yùn)動(dòng)幅度比仿體要小得多，因此本發(fā)明的前瞻式門控技術(shù)可以很好的適應(yīng)小鼠的心跳頻率和幅度，得到理想的采集結(jié)果。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。