[發明專利]一種適用于聲速不均勻介質的光聲斷層成像方法

有效

• 申請號: 202010090215.2
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111214213B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 殷杰;何君君;胡艷玲
• 申請（專利權）人: 南京科技職業學院
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G01N21/17
• 代理公司: 南京源古知識產權代理事務所(普通合伙) 32300
• 代理人: 鄭宜梅

本發明具體涉及一種適用于聲速不均勻介質的光聲斷層成像方法，包括：根據目標體半徑為r₀確定換能器掃描半徑r_d≥4r₀；換能器陣列的探測步長小于等于3°；激光器為脈寬為8ns的Nd:YAG脈沖激光器；激光器照射目標體，目標體經激光照射后，換能器陣列接收反射的光聲信號；從第n個光聲信號開始，每個光聲信號與其相鄰的光聲信號進行時延處理，將時延依次代入公式運算求出相關系數，找出中最大值對應的值，進行迭代運算，當迭代停止時，得到每個光聲信號的最優聲速；將最優聲速代入延遲疊加DAS算法中，便能夠重構出光聲斷層圖像。本方法可有效提高光聲斷層成像質量。

技術領域

本發明屬于生物醫學及超聲檢測領域，具體涉及一種適用于聲速不均勻介質的光聲斷層成像方法。

背景技術

光聲斷層成像是一種綜合了光學成像和超聲成像優點的新型生物醫學成像技術，其具有光學成像對比度高和超聲成像能在組織深處獲取高分辨率圖像的特點。所謂光聲效應，即生物組織在接收激光脈沖照射時，其內部的光吸收體會吸收光波能量并將其轉化為熱能，隨后由于熱脹冷縮向外激發超聲波，被激發的超聲波稱為光聲信號。光聲斷層成像利用布置在被成像物體周圍的探測器陣列接收光聲信號，并利用特定的成像算法重構物體內部的光吸收系數分布圖像，簡稱光聲圖像。目前，絕大多數的光聲斷層成像算法采用的是延遲疊加(DAS)算法,其要求將每個換能器探測到的光聲信號傳播速度代入計算。一般情況下，人們無法獲得被測組織的準確聲速，故通常假設各換能器接到到的光聲信號以某一恒定速度傳播，即假設被測對象是聲速均勻分布的，例如：在對軟組織進行成像時，常常假設聲速為1500m/s。但是，實際生物組織的聲速分布都是不均勻的，實際聲速和假設聲速之間的偏差會造成光聲斷層成像圖像畸變，噪聲增加，甚至完全無法獲得有效信息。

基于此，需要一種方法先能夠準確獲取各換能器接到到的光聲信號的介質聲速，然后將準確的介質聲速代入延遲疊加(DAS)算法中，即可有效獲得光聲斷層圖像，相比于傳統的DAS成像方法，本方案可有效提升光聲斷層圖像質量。

發明內容

1.所要解決的技術問題：

為了解決上述技術問題，本發明提出一種適用于聲速不均勻介質的光聲斷層成像方法，本方法中利用環形換能器陣列掃描半徑大于成像區域半徑的4倍，并且陣列中的各個換能器單元布置到預設的緊密程度時，相鄰的兩個換能器單元探測到的光聲信號具有高度的相關性，并且波形的相關性中含有關于介質聲速的信息的特點；本發明設計的一種迭代算法，可以有效獲得陣列中各換能器單元獲得的光聲信號的準確聲速；最后將計算得到的各光聲信號的聲速代入延遲疊(DAS)算法中，即可有效獲得光聲斷層圖像，相比于傳統DAS成像算法，本方案可有效提升光聲斷層圖像質量。

2.技術方案：

一種適用于聲速不均勻介質的光聲斷層成像方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：根據實際需要在樣品上設置一圓形成像區域，并根據成像區域的尺寸，確定環形換能器陣列尺寸；具體為若成像區域半徑為r₀，所述換能器陣列掃描半徑為r_d，則r_d≥4r₀；同時，成像區域應位于換能器陣列的中心位置。

步驟二：所述換能器陣列中各換能器單元呈等間距布置，且相鄰兩個換能器單元間距小于等于3°。

步驟三：確定激光器；所述激光器為脈寬為8ns的Nd:YAG脈沖激光器，其脈沖能量調整至80mJ,激光脈沖經準直、擴束后產生的圓形光斑大小與成像區域相同，并覆蓋成像區域。

步驟四：激光器照射目標體，目標體經激光照射后，所述目標體中的光吸收體發出光聲信號，并被換能器陣列接收，將各個換能器單元接收到的光聲信號記為：p(1,t)、p(2,t),、……，p(n,t),；其中n表示各個換能器對應的編號；所述換能器接收到的光聲信號為一時間序列，t表示時間。