一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置，包括以下步驟：利用疏密分布的半球形光聲傳感裝置對組織進(jìn)行首次光聲采集；利用壓縮感知理論對組織進(jìn)行首次重建；確定首次重建結(jié)果中組織的關(guān)鍵部位，并旋轉(zhuǎn)半球形光聲傳感裝置使傳感裝置中密集塊與關(guān)鍵部位對準(zhǔn)，進(jìn)行第二次光聲采集；利用壓縮感知理論對組織進(jìn)行第二次重建。本發(fā)明在傳感器數(shù)量有限的條件下，兩次利用疏密分布的半球形光聲傳感裝置采集到的光聲信號，結(jié)合壓縮感知理論，對目標(biāo)組織進(jìn)行重建，最終使組織關(guān)鍵部位的成像結(jié)果更加清晰。
【專利說明】一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域，特別是一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光聲技術(shù)是一種普適性強(qiáng)、靈敏度高的檢測技術(shù)，特別適用于強(qiáng)散射、非透明樣品的非破壞性檢測，在生物、醫(yī)學(xué)、材料分析等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。光聲效應(yīng)是生物醫(yī)學(xué)光聲成像技術(shù)的理論基礎(chǔ)。所謂光聲效應(yīng)是指當(dāng)寬束短脈沖激光照射生物組織時，組織內(nèi)的吸收體(如腫瘤和血管等)吸收了光能量之后發(fā)生局部的溫升，促使組織發(fā)生熱彈性膨脹，產(chǎn)生超聲波的過程；在組織體表面附近被超聲換能器接收到的信號即為光聲信號。光聲成像技術(shù)是根據(jù)生物組織對光的吸收分布反演組織結(jié)構(gòu)的一種新興的成像模式，它集合了純光學(xué)成像技術(shù)的高對比度以及純超聲成像技術(shù)的高分辨率、高穿透深度等優(yōu)點，非電離且能夠?qū)M織功能成像，該項技術(shù)為臨床醫(yī)學(xué)提供了一種新穎的成像診斷方法。
[0003]壓縮感知理論為信號采集技術(shù)帶來了革命性的突破，它采用非自適應(yīng)線性投影來保持信號的原始結(jié)構(gòu)，以遠(yuǎn)低于奈圭斯特頻率對信號進(jìn)行采樣，通過數(shù)值最優(yōu)化問題準(zhǔn)確重構(gòu)出原始信號。利用壓縮感知理論進(jìn)行光聲重建可以在只有較少傳感器數(shù)據(jù)的情況下，獲得很好的光聲成像結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對傳統(tǒng)半球形光聲傳感裝置等間隔布置進(jìn)行光聲數(shù)據(jù)采集及重建的結(jié)果不理想等問題，提供一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置，包括以下步驟:
[0006]步驟一，利用疏密分布的半球形光聲傳感裝置對組織進(jìn)行首次光聲采集；
[0007]步驟二，利用壓縮感知理論對組織進(jìn)行首次重建；
[0008]步驟三，確定首次重建結(jié)果中組織的關(guān)鍵部位，并旋轉(zhuǎn)半球形光聲傳感裝置使傳感裝置中密集塊與關(guān)鍵部位對準(zhǔn)，進(jìn)行第二次光聲采集；
[0009]步驟四，利用壓縮感知理論對組織進(jìn)行第二次重建。
[0010]本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述步驟一，假定傳感器數(shù)量固定為M，將放置傳感器的半球等分為WXM個位置點，WS I。其中，每個位置點可以放置或者不放置傳感器。根據(jù)所要檢測組織的普遍結(jié)構(gòu)，對半球設(shè)置特定的疏密布置。半球形光聲傳感裝置的密集塊對應(yīng)組織的關(guān)鍵部位，稀疏塊對應(yīng)組織的非關(guān)鍵部位，其中關(guān)鍵部位即為需要獲得更加清晰成像的組織部分。另外，在密集塊放置的傳感器間距較小，稀疏塊放置的傳感器間距較大，密集塊及稀疏塊各自可以等間距的放置傳感器。
`[0011]本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述步驟二中利用壓縮感知理論進(jìn)行重建的方法，假定重建的組織對應(yīng)的三維光聲圖像大小為PXQX R，對所有M個傳感器采集得到的數(shù)據(jù)，先進(jìn)行傅里葉變換，然后從各頻譜數(shù)據(jù)中抽取N個采樣點，組成抽樣矩陣Y，然后采用分層重建三維光聲圖像的方法，根據(jù)所要重建的各層光聲圖像中像素點的坐標(biāo)計算測量矩陣K，利用正交匹配跟蹤算法(OMP)重建得到各層光聲圖像，最后將各層結(jié)果合成三維光聲圖像。
[0012]本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述步驟三，在步驟二的第一次重建結(jié)果生成后，觀察組織的三維光聲重建圖像，選取組織的關(guān)鍵部位，并將半球形光聲傳感裝置中的密集塊旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)組織的關(guān)鍵部位，旋轉(zhuǎn)時保持半球形光聲傳感裝置的球心位置固定，進(jìn)行第二次光聲采集。
[0013]本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述步驟四，利用步驟三采集得到的光聲數(shù)據(jù)進(jìn)行第二次重建，使最終組織關(guān)鍵部位的成像效果更加清晰。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點將會變得更加清楚。
[0015]圖1是本發(fā)明方法的半球形光聲傳感裝置的疏密布置示意圖。
【具體實施方式】:
[0016]本發(fā)明結(jié)合壓縮感知技術(shù)，通過疏密相間的半球形光聲傳感裝置對組織進(jìn)行兩次重建，根據(jù)第一次重建結(jié)果確定關(guān)鍵部位的具體位置，然后旋轉(zhuǎn)半球形光聲傳感裝置使密集塊對準(zhǔn)關(guān)鍵部位，并進(jìn)行第二次重建，從而獲得組織關(guān)鍵部位的清晰三維成像結(jié)果。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置，包括以下步驟:
[0018]步驟一，利用疏密分布的半球形光聲傳感裝置對組織進(jìn)行首次光聲采集；
[0019]步驟二，利用壓縮感知理論對組織進(jìn)行首次重建；
[0020]步驟三，確定首次重建結(jié)果中組織的關(guān)鍵部位，并旋轉(zhuǎn)半球形光聲傳感裝置使傳感裝置中密集塊與關(guān)鍵部位對準(zhǔn)，進(jìn)行第二次光聲采集；
[0021]步驟四，利用壓縮感知理論對組織進(jìn)行第二次重建。
[0022]本發(fā)明中，步驟一，假定傳感器數(shù)量固定為M(例如M=256等)，將放置傳感器的半球等分為WXM個位置點，每個位置點可以放置或者不放置傳感器，其中W ^ I且通常為整數(shù)。根據(jù)所要檢測組織的普遍結(jié)構(gòu)，比如乳房、內(nèi)臟等，設(shè)置特定的疏密布置。如圖1所示，其中只包含單個傳感器的塊被假定為稀疏塊，包含四個傳感器的塊被假定為密集塊，假設(shè)所要檢測的組織普遍存在兩個關(guān)鍵部位，則半球形光聲傳感裝置上設(shè)置兩處密集塊，并對準(zhǔn)該組織的兩處關(guān)鍵部位，半球形光聲傳感裝置余下各塊作為稀疏塊，對應(yīng)組織的非關(guān)鍵部位。圖1只給出前側(cè)部分的傳感器的疏密分布，背側(cè)傳感器的疏密分布與之類似。另外，在密集塊上放置的傳感器之間的間距較小，稀疏塊上放置的傳感器之間的間距較大，密集塊及稀疏塊各自可以等間距的放置傳感器。
[0023]本發(fā)明中，步驟二，要重建三維光聲圖像，可以將三維組織切割成多層，并分層重建各層光聲圖像。假設(shè)傳感器采集到的光聲信號&(匕，0與組織的光吸收分布(即光聲重建結(jié)果)有如下關(guān)系:[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，利用疏密分布的半球形光聲傳感裝置對組織進(jìn)行首次光聲采集； 步驟二，利用壓縮感知理論對組織進(jìn)行首次重建； 步驟三，確定首次重建結(jié)果中組織的關(guān)鍵部位，并旋轉(zhuǎn)半球形光聲傳感裝置使傳感裝置中密集塊與關(guān)鍵部位對準(zhǔn)，進(jìn)行第二次光聲采集； 步驟四，利用壓縮感知理論對組織進(jìn)行第二次重建； 所述半球形光聲傳感裝置上的傳感器可根據(jù)所檢測組織的普遍結(jié)構(gòu)進(jìn)行事先的疏密布置； 所述利用壓縮感知理論進(jìn)行重建的方法為，針對半球形光聲傳感裝置上M個傳感器，分別對各傳感器所采集到的光聲數(shù)據(jù)做傅里葉變換，然后再從得到的頻譜數(shù)據(jù)中抽取N個采樣點，得到MXN大小的抽樣矩陣Y，根據(jù)重建圖像像素點的坐標(biāo)計算測量矩陣K，然后利用正交匹配跟蹤算法(OMP)重建組織的三維光聲圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置，其特征在于，所述步驟三中在第一次重建結(jié)果生成后，觀察組織的三維重建圖像，選擇組織中所感興趣的部分為關(guān)鍵部位，將半球形光聲傳感裝置中的密集塊旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)關(guān)鍵部位，旋轉(zhuǎn)時保持半球形光聲傳感裝置的球心位置固定，然后進(jìn)行第二次光聲采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置，其特征在于，所述步驟四，再次利用壓縮感知理論對旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)后的半球形光聲傳感裝置采集到的光聲數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，提高組織關(guān)鍵部位的成像清晰度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮感知理論的半球形光聲傳感裝置，其特征在于，所述疏密布置的方法為，在傳感器數(shù)量M有限的條件下，將半球等分為W倍傳感器數(shù)量的位置點，每個位置點可以放置或者不放置傳感器，布置時使密集塊的傳感器間距離較小，稀疏塊的傳感器間距離較大。
【文檔編號】A61B5/00GK103610449SQ201310705248
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】袁杰, 王學(xué)鼎, 黃遠(yuǎn)程, 惠志斌, 韓凌 申請人:常州深美基醫(yī)用設(shè)備有限公司