[發(fā)明專利]一種生物組織光聲波前整形顯微成像方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010024092.2
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111110198A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁迎春;呂新晶;于連富
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種生物組織光聲波前整形顯微成像方法，包括：獲取原始光聲信號；小波去噪和相關(guān)檢測相結(jié)合，提取光聲信號；使用優(yōu)化算法，控制迭代優(yōu)化波前整形；優(yōu)化完成后，最優(yōu)掩膜加載到光調(diào)制器件，有效增強光聲信號；以及掃描成像。本發(fā)明將小波去噪和相關(guān)檢測相結(jié)合用于去除白噪聲和避免雜波干擾，在入射光嚴重散射，激發(fā)的光聲信號較為微弱的情況，可以有效提取光聲信號；本發(fā)明將優(yōu)化算法和光調(diào)制器件相結(jié)合，以歸一化光聲信號為反饋進行迭代優(yōu)化波前整形，可以有效增強光聲信號強度，獲得高對比度圖像，提高光聲成像的深度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光聲成像領(lǐng)域，尤其涉及一種生物組織光聲波前整形顯微成像方法。

背景技術(shù)

生物醫(yī)學成像，對疾病診斷、疾病治療和藥物投遞等具有指導作用。光在透明介質(zhì)中沿著直線傳播。而生物組織通常是強散射組織，光在其中傳播，會經(jīng)歷多重散射，迅速變?yōu)樯⑸涔狻鹘y(tǒng)高分辨率光學成像方法如共聚焦顯微成像方法、光學相干斷層掃描成像方法或多光子成像方法，都是利用彈道光進行成像，在生物組織中的成像深度不超過一個傳輸平均自由程，通常約幾個微米，只適用于淺表層生物組織成像。基于光聲效應的光聲成像方法，兼具光吸收對比度和超聲傳輸?shù)膬?yōu)勢。光聲效應指的是，組織吸收入射光的能量，導致熱膨脹，從而產(chǎn)生超聲信號。此信號即為光聲信號，其強度和入射光強度以及該位置處組織的光吸收系數(shù)成正比。光聲成像方法中，用激光照射組織并采集光聲信號，恢復組織的光吸收對比圖像。由于超聲受到散射的影響比光受散射影響弱2-3個數(shù)量級，光聲成像方法有效提高了生物組織成像的深度。然而隨著成像深度的進一步提高，入射光散射加重，開始出現(xiàn)無法有效激發(fā)光聲信號的情況，信號微弱且淹沒在噪聲中，導致信號提取困難，成像質(zhì)量下降甚至不能成像。僅僅通過提高光脈沖能量，增強光聲信號強度，則容易對組織表面造成損傷。需要一種能夠克服入射光受到的嚴重散射，有效激發(fā)光聲信號，進一步提高生物組織光聲成像深度的方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決光聲成像中，隨著成像深度的提高，入射光受到嚴重散射，無法有效激發(fā)光聲信號，信號微弱且淹沒在噪聲中，導致光聲成像的圖像質(zhì)量下降甚至不能夠成像，使得光聲成像深度受限的問題。

本發(fā)明提供一種生物組織光聲波前整形顯微成像方法，包括：

步驟(1)：獲取原始光聲信號；

步驟(2)：小波去噪和相關(guān)檢測相結(jié)合，提取光聲信號；

步驟(3)：使用優(yōu)化算法，控制迭代優(yōu)化波前整形；

步驟(4)：優(yōu)化完成后，最優(yōu)掩膜加載到光調(diào)制器件，有效增強光聲信號；

步驟(5)：掃描成像。

其中，步驟(1)，包括使用脈沖激光源發(fā)出一定重復頻率的光脈沖；包括生成隨機掩膜，加載到光調(diào)制器件上，對入射光脈沖進行波前調(diào)制；包括將調(diào)制過的光脈沖投射到生物組織樣品上；包括使用超聲探測裝置采集光聲信號；包括使用信號放大器對光聲信號進行放大。

其中，步驟(2)，包括選擇和光聲信號波形相近的小波基函數(shù)，確定光聲信號小波分解的層級、閾值類型和閾值處理方式，對其進行小波去噪以去除白噪聲；包括預先選定不受雜波干擾的光聲信號模板，根據(jù)公式：

計算采集的光聲信號和光聲信號模板之間的歸一化相關(guān)系數(shù)，其中，γ_xy是歸一化相關(guān)系數(shù)，M是信號長度,x(m)是模板信號第m點的值,y(m)是采集的光聲信號第m點的值,是模板信號的均值，是采集的光聲信號的均值；包括根據(jù)相關(guān)系數(shù)判斷采集的光聲信號是否受到雜波干擾以剔除受干擾的信號。