[發明專利]一種光學分辨光聲顯微三維層析成像的深度修正方法

有效

• 申請號: 201910313791.6
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110132849B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 任重;劉國棟;熊志華
• 申請（專利權）人: 江西科技師范大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N29/24;G01N29/44
• 代理公司: 南昌大牛知識產權代理事務所(普通合伙) 36135
• 代理人: 喻莎

本發明公開了一種光學分辨光聲顯微三維層析成像的深度修正方法，將第一縱深平面上獲得的光聲幅值平均值作為基準，將每個縱深平面上獲得的光聲平均值與基準比較并獲得差值，然后將每個縱深平面上獲得的實時光聲幅值分別減去每個縱深平面上對應的差值，即可得到深度修正后的被測組織每個縱深平面上的光聲幅值，最后再分別利用二維和三維圖像重建算法，最終獲得經過深度修正后的被測組織在某個縱深平面上的二維光聲圖像以及整個被測組織的三維光聲圖像。與現有光聲成像相比，本發明提出的方法具有方便快捷、易于實現等特點。同時，本發明提出的方法適用于包括前向、后向和側向探測模式在內的光聲檢測及成像系統。

技術領域

本發明屬于生物醫學光子學診斷技術領域，具體涉及一種光學分辨光聲三維層析成像的深度修正方法。

背景技術

在生物醫療診斷中，通常需要對生物體內的組織及病變情況進行成像，以此來進行輔助治療。目前，常用的檢測方法有：X光照相術、X-CT、核磁共振和PET成像等等，但是這些檢測方法中大部分采用的是具有放射性元素的光線，如果長期被這些放射性元素照射，在一定程度上會對人體等生物正常組織也帶來致病性的影響。光聲技術是一種新型的生物醫學光子學檢測技術，結合了光學和超聲學的優勢，利用短脈沖可見光或近紅外光作為激勵光源，對生物組織進行激發產生超聲機械波，即：光聲信號，該光聲信號攜帶了能反映組織生物特性的信息，并且能反映生物體內不同組織對入射光的吸收差異性，相比而言，病變組織對入射光的吸收要遠大于正常組織的吸收，通過獲取不同組織吸收入射光產生的光聲信號，再對光聲信號進行預處理并通過重建算法，就可以獲取被測生物組織內部的圖像。這種技術不僅綠色環保、無放射性污染，并且具有高分辨率和高對比度特點。在光聲成像方法中，光學分辨的光聲顯微成像具有高分辨率特點，可以對被測組織實現微米或納米級別的高分辨率檢測。該技術利用光學分辨技術，即：通過聚焦透鏡將入射脈沖激光光束入射至被測組織內部，在生物組織內部產生微米平方量級的聚焦光斑，在光斑處的組織對入射光會有能量吸收和沉積，并產生局部快速溫度變化，進而激發局部組織產生快速的膨脹或收縮，從而激發產生超聲機械波。利用層析掃描方法，可以對被測生物體內的某個縱深斷層面上進行二維掃描，并且也可以得到每個縱深層面的二維光聲圖像，然后利用三維圖像重建算法得到三維光聲圖像。但是，在利用光學分辨的光聲顯微技術對生物組織進行三維光聲層析成像時，由于每個縱深層面上的激發光聲源與超聲探頭之間的距離不一樣，而光聲值是與光聲源的探測距離成比例的，即：探測距離越小，光聲信號強度越大。如果在某個與超聲探頭較遠的縱深處存在病變組織或者損傷組織，其探測得到的光聲信號或許比光聲源距離超聲探頭較近的某個層面組織上獲得的光聲強度要小，使得原本想體現病變組織的光聲信號被距離超聲探頭較近的光聲信號所淹沒了，這勢必會嚴重影響被測生物內部病變或者受損組織的光聲三維重建，從而無法正確地對被測病變或受損組織進行清楚地影像來輔助治療。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種光學分辨光聲三維層析成像的深度修正方法，具體步驟和方法如下：

(1)利用光學分辨光聲成像系統，將準直脈沖激光光束經過聚焦透鏡后，將聚焦光束入射到被測組織中，使得在被測組織內形成聚焦光斑并激發產生光聲信號。其中，被測組織和超聲探測器放置于樣品支架上，樣品支架安裝固定在三維掃描平移臺上，可以在三維掃描平移臺步進電機驅動下沿X、Y和Z方向上做平移掃描運動。

(2)先通過控制軟件初始化三維掃描平移臺，讓聚焦光斑入射在被測組織的第一縱深平面(S1)上，然后，設置好三維掃描平移臺在X、Y和Z方向步進電機移動的移動長度(分別為Lx、Ly和Lz)、移動步數(分別為s、k和n)，即：在X、Y和Z方向上，三個步進電機的移動步數范圍分別為：1,2，…,s；1,2，…,k和1,2,…,n。

(3)驅動三維掃描平移臺先在第一縱深平面(S1)上做X和Y方向的逐行連續掃描，即：被測組織中的聚集光斑會在被測樣品的第一縱深平面(S1)上進行一定步距的逐行二維C型掃描，得到該初始平面(S1)上每個X和Y步距下的光聲幅值數據矩陣，即：