[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310705248.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103610449A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁杰;王學(xué)鼎;黃遠(yuǎn)程;惠志斌;韓凌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 常州深美基醫(yī)用設(shè)備有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): A61B5/00
• 分類(lèi)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)明涉及生物醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域，特別是一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置。

背景技術(shù)

光聲技術(shù)是一種普適性強(qiáng)、靈敏度高的檢測(cè)技術(shù)，特別適用于強(qiáng)散射、非透明樣品的非破壞性檢測(cè)，在生物、醫(yī)學(xué)、材料分析等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。光聲效應(yīng)是生物醫(yī)學(xué)光聲成像技術(shù)的理論基礎(chǔ)。所謂光聲效應(yīng)是指當(dāng)寬束短脈沖激光照射生物組織時(shí)，組織內(nèi)的吸收體(如腫瘤和血管等)吸收了光能量之后發(fā)生局部的溫升，促使組織發(fā)生熱彈性膨脹，產(chǎn)生超聲波的過(guò)程；在組織體表面附近被超聲換能器接收到的信號(hào)即為光聲信號(hào)。光聲成像技術(shù)是根據(jù)生物組織對(duì)光的吸收分布反演組織結(jié)構(gòu)的一種新興的成像模式，它集合了純光學(xué)成像技術(shù)的高對(duì)比度以及純超聲成像技術(shù)的高分辨率、高穿透深度等優(yōu)點(diǎn)，非電離且能夠?qū)M織功能成像，該項(xiàng)技術(shù)為臨床醫(yī)學(xué)提供了一種新穎的成像診斷方法。

壓縮感知理論為信號(hào)采集技術(shù)帶來(lái)了革命性的突破，它采用非自適應(yīng)線性投影來(lái)保持信號(hào)的原始結(jié)構(gòu)，以遠(yuǎn)低于奈圭斯特頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，通過(guò)數(shù)值最優(yōu)化問(wèn)題準(zhǔn)確重構(gòu)出原始信號(hào)。利用壓縮感知理論進(jìn)行光聲重建可以在只有較少傳感器數(shù)據(jù)的情況下，獲得很好的光聲成像結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)傳統(tǒng)半球形光聲傳感裝置等間隔布置進(jìn)行光聲數(shù)據(jù)采集及重建的結(jié)果不理想等問(wèn)題，提供一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置，包括以下步驟：

步驟一，利用疏密分布的半球形光聲傳感裝置對(duì)組織進(jìn)行首次光聲采集；

步驟二，利用壓縮感知理論對(duì)組織進(jìn)行首次重建；

步驟三，確定首次重建結(jié)果中組織的關(guān)鍵部位，并旋轉(zhuǎn)半球形光聲傳感裝置使傳感裝置中密集塊與關(guān)鍵部位對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)行第二次光聲采集；

步驟四，利用壓縮感知理論對(duì)組織進(jìn)行第二次重建。

本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述步驟一，假定傳感器數(shù)量固定為M，將放置傳感器的半球等分為W×M個(gè)位置點(diǎn)，W≥1。其中，每個(gè)位置點(diǎn)可以放置或者不放置傳感器。根據(jù)所要檢測(cè)組織的普遍結(jié)構(gòu)，對(duì)半球設(shè)置特定的疏密布置。半球形光聲傳感裝置的密集塊對(duì)應(yīng)組織的關(guān)鍵部位，稀疏塊對(duì)應(yīng)組織的非關(guān)鍵部位，其中關(guān)鍵部位即為需要獲得更加清晰成像的組織部分。另外，在密集塊放置的傳感器間距較小，稀疏塊放置的傳感器間距較大，密集塊及稀疏塊各自可以等間距的放置傳感器。

本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述步驟二中利用壓縮感知理論進(jìn)行重建的方法，假定重建的組織對(duì)應(yīng)的三維光聲圖像大小為P×Q×R，對(duì)所有M個(gè)傳感器采集得到的數(shù)據(jù)，先進(jìn)行傅里葉變換，然后從各頻譜數(shù)據(jù)中抽取N個(gè)采樣點(diǎn)，組成抽樣矩陣Y，然后采用分層重建三維光聲圖像的方法，根據(jù)所要重建的各層光聲圖像中像素點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算測(cè)量矩陣K，利用正交匹配跟蹤算法(OMP)重建得到各層光聲圖像，最后將各層結(jié)果合成三維光聲圖像。

本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述步驟三，在步驟二的第一次重建結(jié)果生成后，觀察組織的三維光聲重建圖像，選取組織的關(guān)鍵部位，并將半球形光聲傳感裝置中的密集塊旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)組織的關(guān)鍵部位，旋轉(zhuǎn)時(shí)保持半球形光聲傳感裝置的球心位置固定，進(jìn)行第二次光聲采集。

本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述步驟四，利用步驟三采集得到的光聲數(shù)據(jù)進(jìn)行第二次重建，使最終組織關(guān)鍵部位的成像效果更加清晰。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。

圖1是本發(fā)明方法的半球形光聲傳感裝置的疏密布置示意圖。

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明結(jié)合壓縮感知技術(shù)，通過(guò)疏密相間的半球形光聲傳感裝置對(duì)組織進(jìn)行兩次重建，根據(jù)第一次重建結(jié)果確定關(guān)鍵部位的具體位置，然后旋轉(zhuǎn)半球形光聲傳感裝置使密集塊對(duì)準(zhǔn)關(guān)鍵部位，并進(jìn)行第二次重建，從而獲得組織關(guān)鍵部位的清晰三維成像結(jié)果。

如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置，包括以下步驟：

步驟一，利用疏密分布的半球形光聲傳感裝置對(duì)組織進(jìn)行首次光聲采集；

步驟二，利用壓縮感知理論對(duì)組織進(jìn)行首次重建；

步驟三，確定首次重建結(jié)果中組織的關(guān)鍵部位，并旋轉(zhuǎn)半球形光聲傳感裝置使傳感裝置中密集塊與關(guān)鍵部位對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)行第二次光聲采集；

步驟四，利用壓縮感知理論對(duì)組織進(jìn)行第二次重建。