[發(fā)明專利]基于多角度觀測(cè)的高分辨率光聲成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910204089.2
• 申請(qǐng)日: 2009-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101669816A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫明健;馬立勇;馮乃章;沈毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號(hào): A61B5/00
• 分類號(hào): A61B5/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光聲層析成像技術(shù)，尤其涉及一種基于多角度觀測(cè)的高分辨率光聲成像方法。

背景技術(shù)

光聲成像是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)損醫(yī)學(xué)成像方法，結(jié)合了純光學(xué)成像的高對(duì)比度特 性和純超聲成像的高穿透特性。它是以短脈沖激光作為激勵(lì)源、光聲信號(hào)作為信息載體，根 據(jù)不同生物組織對(duì)特定波長(zhǎng)激光具有差別較大的光學(xué)吸收系數(shù)進(jìn)而輻射不同強(qiáng)度超聲波的原 理進(jìn)行成像，通過(guò)對(duì)采集到的一組光聲信號(hào)進(jìn)行圖像重建處理而得到組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的一 種成像方法。光聲成像技術(shù)將光學(xué)和聲學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，部分地克服了光在組織中傳輸時(shí) 組織強(qiáng)散射效應(yīng)的影響，因此光聲成像技術(shù)具有比光學(xué)相干層析成像(OCT)技術(shù)更好的生物組 織穿透性。光聲信號(hào)既依賴于生物組織的光學(xué)特性，也依賴于生物組織的聲學(xué)特性，能夠給 醫(yī)學(xué)診斷提供大量的有效信息。腫瘤在生長(zhǎng)過(guò)程中通常需要更多的血液供應(yīng)，伴隨更多的微 血管增生，血管中的血色素使得病變組織對(duì)激光的吸收顯著增強(qiáng)，明顯高于正常部位，光聲 信號(hào)強(qiáng)度也遠(yuǎn)高于正常組織，因此光聲成像技術(shù)非常適合用于腫瘤的早期診斷，應(yīng)用前景廣 闊，正逐漸成為生物組織無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

目前，光聲圖像受制于陣列式超聲探頭切割工藝的限制，超聲成像的橫向分辨率比縱向 分辨率一般要低2～3倍，導(dǎo)致光聲圖像的橫向分辨率降低。因此針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，基于靈活的 相控動(dòng)態(tài)聚焦算法，利用同一陣列超聲探頭同時(shí)感知來(lái)自不同角度的光聲信息，然后將這些 不同角度的光聲回波數(shù)據(jù)在同一參考坐標(biāo)系下進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，即對(duì)同一被測(cè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn) 行多角度的觀測(cè)，并將觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，這樣處理可有效提高成像的橫向分辨率 和信噪比，實(shí)現(xiàn)光聲圖像的高分辨率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于多角度觀測(cè)的高分辨 率光聲成像方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種基于多角度觀測(cè)的高分辨率光聲成像方法， 包括如下步驟：

(1)脈沖激光照射到待測(cè)生物組織上，產(chǎn)生光聲信號(hào)；

(2)利用多元陣列超聲探頭同步觀測(cè)光聲信號(hào)，將采集到的光聲信號(hào)全部采集、存儲(chǔ)并 上傳到計(jì)算機(jī)中；

(3)在計(jì)算機(jī)上基于相控動(dòng)態(tài)聚焦算法和逆向坐標(biāo)變換算法對(duì)光聲圖像進(jìn)行快速重建；

(4)通過(guò)改變動(dòng)態(tài)聚焦參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)生物組織的多角度觀測(cè)，將不同角度觀測(cè)到的圖 像進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理。

步驟(1)中，所述脈沖激光優(yōu)選波長(zhǎng)為400～1100nm。

步驟(2)中，所述多元陣列超聲探頭采用的是128陣元的寬帶線陣探頭，探頭帶寬為 5～10MHz，與光聲信號(hào)頻率保持一致。

步驟(3)中，所述相控動(dòng)態(tài)聚焦算法，對(duì)探頭128個(gè)陣元的回波數(shù)據(jù)采用并行分布式處理 的圖像重建方式。探頭掃查采用整數(shù)步距和1/2步距切換模式，以整數(shù)步距為例，首先以第1 個(gè)陣元的回波數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，該陣元的所有回波數(shù)據(jù)均被視為不同深度的焦點(diǎn)，以聚焦延時(shí)作 為其它陣元回波數(shù)組的地址指針，通過(guò)地址查詢的方式找到各個(gè)陣元共振點(diǎn)，將它們累加起 來(lái)，就得到了以第1個(gè)陣元為主軸線的聚焦聲束。同樣，以第2個(gè)陣元的回波數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)， 重復(fù)上述過(guò)程，可以得到以第2個(gè)陣元為主軸線的聲束，同樣過(guò)程重復(fù)128次，可以重建出 一個(gè)由128條聲束構(gòu)成的二維光聲圖像。

步驟(3)中，所述逆向坐標(biāo)變換算法，采用逆坐標(biāo)變換的方式，利用雙線性插值方法，將 極坐標(biāo)格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系格式的數(shù)據(jù)。

步驟(4)中，所述實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)生物組織的多角度觀測(cè)，利用同一組原始數(shù)據(jù)，通過(guò)控制聚 焦主軸的方向，進(jìn)而改變動(dòng)態(tài)聚焦參數(shù)實(shí)現(xiàn)探頭對(duì)待測(cè)生物組織的多角度觀測(cè)。

步驟(4)中，所述圖像融合處理，采用數(shù)據(jù)融合算法，將圖像疊加在一起，確保在檢測(cè)靈 敏度不降低的情況下改善和提高光聲圖像的橫向分辨率和信噪比，實(shí)現(xiàn)光聲圖像的高分辨率。

本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，包括激光器、多元陣列超聲探頭、多通道并行 采集電路和計(jì)算機(jī)，所述多元陣列超聲探頭陣元面正對(duì)待測(cè)生物組織，陣元面的中心位置對(duì) 準(zhǔn)待測(cè)生物組織的中心，多元陣列超聲探頭、多通道并行采集電路和計(jì)算機(jī)依次電氣連接。