[發明專利]雙聚焦超聲探頭和稀疏陣列光聲斷層成像系統

有效

• 申請號: 201610039709.1
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105595964B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 孟靜;宋亮;孫明健;林日強;禹繼國
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B8/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

本發明涉及一種雙聚焦超聲探頭和稀疏陣列光聲斷層成像系統。該探頭包括凹陷探測面，所述凹陷探測面在第一方向上的數值孔徑大于在第二方向上的數值孔徑，使所述凹陷探測面在第一方向上的信號接收角度大于在所述第二方向上的信號接收角度，及所述凹陷探測面在所述第二方向上的聚焦區域長度大于在所述第一方向上的聚焦區域長度，所述第一方向和所述第二方向垂直。本發明中的探頭對成像斷面具有較大的信號接收角度，因此能夠提高低采樣率下壓縮感知圖像重建方法所重建的圖像質量。同時，可以采用稀疏排布的方式形成環形的探頭陣列，可以減少成像系統的成本。同時，可以降低圖像重建所需的數據采集量，進而提高數據采集速度和成像速度。

技術領域

本發明涉及光聲成像技術領域，具體涉及一種雙聚焦超聲探頭和稀疏陣列光聲斷層成像系統。

背景技術

光聲成像方法是國際上新興的一種無損、在體生物醫學成像的方法，它融合了光學和超聲兩種成像模式的優點，兼具光學成像的高對比度和光譜特異性、超聲對深組織成像的高空間分辨率，已成為目前發展最快的生物醫學成像技術之一。光聲成像方法的基本原理是通過探測生物組織吸收脈沖激光后，因瞬時熱膨脹而產生的超聲信號，反演組織體內光能量的沉積。該成像方法可以在無任何外源性對比劑的情況下，依靠組織本身的光吸收對比度，實現生物體中一些與疾病密切相關的重要生理功能和參數成像，如：血紅蛋白濃度、血氧濃度、氧代謝等。近年來，光聲成像方法已被證明在腫瘤血管增生研究、血紅蛋白和血氧濃度成像、乳腺癌診斷和心腦血管易損斑塊成像等眾多生物醫學領域有重要應用價值。

目前的一類光聲成像系統是超聲陣元密集排布的光聲成像系統，顧名思義，該類系統的超聲陣列的陣元是密集排布的。該類系統比較典型的一種是圣路易斯華盛頓大學LihongWang教授小組開發的小動物光聲成像系統，其成像探頭是由512個中心頻率為5MHz的超聲陣元制成的直徑為5cm的環形探測裝置，平均每兩個相鄰陣元中心之間的間隔約300多微米，陣元排布非常密集，對制作工藝要求很高，價格昂貴。此外，該系統配備了64通道數據采集卡，這種情況下，8次打光才能完成一個成像斷面的光聲信號采集，加上其它的系統延遲，成像幀率只有0.625Hz，數據采集速度達不到臨床快速成像的需求。該類系統比較典型的另一種是德國慕尼黑工業大學Vasilis教授小組開發的弧形光聲斷層成像系統，該系統超聲探測是包含256陣元的覆蓋240度角的弧形陣列，可以用于小動物斷層和全身成像。該陣列陣元中心頻率為3.3MHz，單陣元大小為4mm×4mm。系統光路是用包含10個分支的光纖束，產生對成像斷面的環形照明，可以保證對成像區域相對均勻的光照。該系統配置線性位移臺，通過樣本夾移動待成像物體，實現三維掃描和成像。當前該系統在多通道數據采集設備下，可以達到每秒10Hz的成像幀率，基本能夠滿足臨床應用的需求。然而，多通道數據采集設備價格昂貴。總體來說，超聲陣元密集排布的光聲成像系統具有光聲成像速度低、價格昂貴等缺點，且陣元密集排布，使得陣元尺寸較小，組織深層信號探測靈敏度低。

光聲成像速度是影響該成像技術臨床應用深度和廣度的一個重要因素。原因為：(1)在光聲成像的一些重要應用領域(例如血流動力學、氧代謝、生理狀態監測等)均需要高速的光聲成像系統，以實時地跟蹤、采集反映生物組織狀態的信息；(2)臨床疾病診斷應用中，提高數據采集速度，可以減少病人在成像設備下的時間，讓醫生能夠實時地獲取疾病信息，有針對性的進行及時治療，具有非常重要的現實意義。基于超聲陣列探測的光聲計算層析成像(photoacoustic computed tomography，簡稱PACT)技術是一種具有快速成像潛力的光聲成像方式，然而，PACT成像系統的陣元數目多，數據量大，對數據采集、傳輸和重建都提出了很高的要求，目前在很多應用領域的成像速度仍達不到臨床實時/快速成像需求。