[發(fā)明專利]一種基于迭代自適應(yīng)加權(quán)的有限視角光聲成像重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310302494.4
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103345770A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田捷;劉振宇;彭冬;馬喜波;董迪;徐敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院自動化研究所
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;A61B5/00;A61B8/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光聲成像（Photoacoustic?Tomography，簡稱PAT）技術(shù)，具體涉及迭代自適應(yīng)加權(quán)的有限視角光聲圖像重建方法。

背景技術(shù)

光聲成像是近十年來新興的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它結(jié)合了光學(xué)成像高對比度和超聲成像的高分辨率的特點，近年來獲得飛速的發(fā)展。光聲圖像不僅能夠提供組織的結(jié)構(gòu)形態(tài)，還能反映生理代謝等功能信息，光聲成像技術(shù)在生物組織成像中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，如腫瘤檢測、血管成像、腦功能成像等相關(guān)研究。

短脈沖激光照射到成像樣品，樣品組織局部吸收光能而產(chǎn)生熱膨脹向四周輻射超聲波，通過超聲探測器在不同位置的采集光聲信號，使用圖像重建方法算出組織的吸收強度分布。圖像重建是由信號轉(zhuǎn)化成圖像的關(guān)鍵，而成像方法又是圖像重建的核心技術(shù)，目前針對規(guī)則掃描形狀已經(jīng)提出了重建方法，包括濾波反投影法，時域重建法，頻域重建法，延遲求和法等。

上述圖像重建方法都在實際應(yīng)用中，都需要全方位掃描獲取完備數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集速度慢，對系統(tǒng)要求高。本發(fā)明提出的圖像重建方法，對有限視角掃描的欠采樣信息也能精確地重建出光聲圖像。

發(fā)明內(nèi)容

（一）發(fā)明目的

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有圖像重建技術(shù)數(shù)據(jù)冗余的缺點，提供一種針對有限視角信息的光聲成像方法，基于有限角度少量掃描的欠采樣數(shù)據(jù)和迭代自適應(yīng)加權(quán)方法，精確重建生物組織吸收強度分布圖像，解決了生物組織無法全方位掃描的成像問題。

（二）技術(shù)方案

本發(fā)明提出了一種基于迭代自適應(yīng)加權(quán)的有限視角光聲成像重建方法，具體步驟如下：首先利用有限視角濾波反投影方法得到迭代初始圖像，基于初始圖像和采集光聲信號計算投影信號的加權(quán)系數(shù)，利用初始圖像和加權(quán)系數(shù)獲取計算機模擬光聲信號，計算模擬光聲信號與采集光聲信號的殘差，對殘差信號反投影獲取殘差圖像，將殘差圖像加到上一次迭代生成圖像獲得修正重建圖像，重復(fù)上述過程，設(shè)置最大迭代次數(shù)和迭代誤差作為迭代結(jié)束條件。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種基于迭代自適應(yīng)加權(quán)的有限視角光聲成像重建方法，包括以下步驟：

步驟1，重建圖像初始化；

步驟2，計算加權(quán)系數(shù)；

步驟3，計算模擬信號；

步驟4，計算信號殘差；

步驟5，計算重建圖像；

步驟6，計算模型誤差，設(shè)置迭代終止條件。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，重建圖像初始化包括采集光聲信號的預(yù)處理，重建圖像的離散化，以及計算信號與圖像像素之間的關(guān)系。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，計算信號與圖像像素之間的關(guān)系包括投影矩陣和反投影矩陣的計算。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于迭代自適應(yīng)加權(quán)的有限視角光聲成像重建方法流程圖；

圖2為計算機模擬投影信號的幾何分布；

圖3a、3b和圖3c為基于本發(fā)明方法的計算機仿真數(shù)據(jù)重建結(jié)果，其中；其中圖3a是用90°范圍內(nèi)30個探測信號重建的光聲圖像；圖3b是用135°范圍內(nèi)45個探測信號重建的光聲圖像；圖3c是用180°范圍內(nèi)60個探測信號重建的光聲圖像；

圖4a和圖4b為基于本發(fā)明方法的離體生物組織的重建結(jié)果，其中圖4a為離體組織仿體照片，圖4b本發(fā)明方法重建圖像。

具體實施方式

用短脈沖激光均勻照射成像樣品，超聲探測器在成像平面內(nèi)掃描，接收樣品產(chǎn)生的光聲信號，光聲信號的產(chǎn)生服從的光聲成像方程為：