[發(fā)明專利]一種基于聲波疊加的光聲效應模擬與仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011525017.0
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112560274B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 高飛;張佳冬;高峰
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/15;A61B5/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發(fā)明公開了一種基于聲波疊加的光聲效應模擬與仿真方法。本發(fā)明提出了將初始壓力分布網格分成若干像素點，分別計算每個像素點單獨產生的光聲信號，接著根據波的疊加原理計算整體的光聲信號。本發(fā)明提供的方法將求解復雜的光聲方程轉換為簡單的循環(huán)疊加操作，大大降低了運行時間。在大部分情況下，本發(fā)明提供的方法運行時間均遠小于k?Wave的計算時間。

技術領域

本發(fā)明涉及一種光聲效應模擬與仿真方法，屬于光聲效應、光聲前向模型、仿真模型開發(fā)技術領域。

背景技術

光聲效應指的是物體在激光的激勵下產生聲信號的物理現象。基于光聲效應，光聲成像技術在近些年獲得廣泛的關注并取得飛速的發(fā)展。目前，光聲成像技術已經在小動物成像、血氧飽和度定量、腫瘤良惡性診斷上取得了一定的成功。

光聲成像的發(fā)展在一定程度上得益于光聲仿真軟件的開發(fā)與成熟。其中k-Wave是比較成熟的光聲仿真軟件，被廣泛應用于與光聲相關的各項工作中。k-Wave中最重要的功能在于其光聲前向模型仿真，通過數值方法求解光聲方程，從初始壓力分布產生光聲信號來模擬光聲效應。但該數值方法的計算較為復雜，運算時間較長，特別是在采樣率高、初始壓力分布網格較大的情況下。K-Wave中運算速度慢的缺點大大縮小了該工具包的應用范圍。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是：光聲仿真軟件中用于求解光聲方程的數值方法的計算較為復雜、運算時間較長。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是提供了一種基于聲波疊加的光聲效應模擬與仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將光聲仿真軟件提供的初始壓力分布網格分成n×m個像素點，共有J個處于不同位置的超聲探頭；

步驟2、設j＝1；

步驟3、設p＝1；

步驟4、通過對n×m個像素點的像素值的設置，使得初始壓力分布網格中僅第p個像素點起作用；

步驟5、在設定好的采樣率下，使用光聲仿真軟件獲取第j個超聲探頭輸出的超聲信號，該超聲信號即為標準信號S，并獲得初始壓力分布網格中第p個像素點的中心到第j個超聲探頭中心之間的距離d；

步驟6、根據第j個超聲探頭的位置，通過獲得的標準信號S中第p個像素點到第j個超聲探頭的距離以及距離d計算第p個像素點產生光聲信號的相位算子；

步驟7、根據標準信號S中第p個像素點的像素值和第p個像素點到第j個超聲探頭的距離計算第p個像素點產生光聲信號的幅值算子；

步驟8、通過相位算子和幅值算子改變標準信號S的相位和幅值，獲得第p個像素點在第j個超聲探頭產生的光聲信號；

步驟9、p＝p+1，若pn×m，則進入步驟10，否則返回步驟4；

步驟10、j＝j+1，若jJ，則進入步驟11，否則返回步驟3；

步驟11、獲得J個處于不同位置的超聲探頭的整體的初始壓力分布的光聲信號。

優(yōu)選地，步驟6中，設第j個超聲探頭的二維坐標為(x,y)，第p個像素點的二維坐標為(x_p,y_p)，則第p個像素點產生光聲信號的相位算子的計算過程包括以下步驟：

計算標準信號S中第p個像素點到第j個超聲探頭的距離d_p：

通過超聲波在介質中的傳播速度v和采樣率f獲得第p個像素點產生的光聲信號的相位算子τ(d_p,d)：