一種通過光聲成像選取最佳聲速組優(yōu)化超聲成像的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光聲成像和超聲成像的圖像重建領域，特別是一種通過光聲成像選取 最佳聲速組優(yōu)化超聲成像的方法。
【背景技術】
[0002] 用于醫(yī)學診斷的超聲成像具有安全、設備比其他影像診斷方法簡單、價格便宜、能 夠區(qū)分不同的軟組織等優(yōu)點，是超聲技術最主要的應用之一。大部分臨床超聲成像系統(tǒng)應 用的是預置聲波速度成像，也就是聲波在人體實質性組織臟器中的傳播速度，約為1540m/ s，然而在超聲波束的發(fā)射與接收過程中由于人體組織組成成分與溫度的不同超聲波的實 際傳播聲速是各不相同的。這種聲速誤差，特別是接收聲波的聲速誤差，會導致超聲圖像的 分辨率與對比度降低。在醫(yī)療成像中，系統(tǒng)聲速與組織聲速的不匹配會造成分辨率下降、圖 像模糊，進而影響醫(yī)生的診斷。
[0003]光聲成像是近年來新興發(fā)展的一種無損醫(yī)學成像方法，可以提供高分辨率和高對 比度的組織成像。它是一種結合了純光學成像的高對比度特性和純超聲成像的高穿透深度 特性的優(yōu)點，可以提供高對比度和高分辨率的組織影像，為研究生物組織的結構形態(tài)、生理 特征、代謝功能、病例特征等提供了重要手段，在生物醫(yī)學臨床診斷以及在體組織結構和功 能成像領域具有廣泛的應用前景。

【發(fā)明內容】

[0004]發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術問題是針對內部結構組織中不同介質的傳播聲 速不同的問題，通過預置聲速的超聲成像粗略估計被測組織內部結構，結合光聲成像和評 價標準，選取最佳聲速，從而重建出質量更高的圖像。
[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明公開了一種通過光聲成像選取最佳聲速組優(yōu)化超 聲成像的方法，包括以下步驟：
[0006]步驟一，在光聲成像的設備系統(tǒng)中用激光器發(fā)射激光；
[0007]步驟二，傳感器接收吸收點發(fā)出的光聲信號；
[0008]步驟三，在超聲成像的設備系統(tǒng)中用超聲傳感器發(fā)射超聲波照射組織；
[0009]步驟四，傳感器接收組織發(fā)出的超聲波信號；
[0010] 步驟五，根據(jù)超聲成像粗略測量內部結構的尺寸并根據(jù)組織結構的特點設置聲速 組的初始值和搜索范圍以及步長；
[0011] 步驟六，用時域反投影算法重建光聲圖像；
[0012] 步驟七，根據(jù)聚焦程度的評價標準選取當前最佳聲速并調整搜索范圍和步長；
[0013]步驟八，根據(jù)評價標準選取最佳聲速并實現(xiàn)對吸收點的聚焦；
[0014]步驟九，根據(jù)得到的最佳聲速優(yōu)化超聲重建圖像。
[0015] 本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟一所采用的光聲成像系統(tǒng)中，受照射的組織產(chǎn)生光聲效 應，滿足方程
[0017]其中p(r，t)為聲壓，H(r，t)為入射激光在成像區(qū)域激發(fā)的熱源函數(shù)，H(r，t)=A(r)I(t)，A(r)是組織的光吸收分布，I(t)為照射光強，β為熱膨脹系數(shù)，Cp為比熱容，c 是經(jīng)驗聲速，激光打到吸收點和傳感器開始接收信號幾乎為同時進行。
[0018]本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟二所采用的傳感器緊貼被測組織，傳感器前端為聲波透 鏡，使得經(jīng)光聲效應產(chǎn)生的超聲波有一定的匯聚作用，傳感器個數(shù)越多，采集的信號越多， 重建圖像的質量也越高。
[0019] 本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟三所采用的超聲成像系統(tǒng)是與光聲系統(tǒng)相結合的成像系 統(tǒng)，具體的說就是該系統(tǒng)既可以完成光聲圖像的重建也可以完成超聲圖像的重建，該系統(tǒng) 使用的傳感器（超聲換能器）既可以接收超聲波也可以發(fā)射超聲波的同時接收超聲波。
[0020] 本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟四所采用的傳感器與步驟二的傳感器一致，同樣緊貼被測 組織，傳感器前端為聲波透鏡；同樣的，傳感器個數(shù)越多，采集的信號越多，重建圖像的質量 也越尚。
[0021] 本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟五所測量到的內部結構尺寸是測量預置系統(tǒng)聲速超聲重 建的圖像得到的，可以粗略的估計被測組織內部結構的分布以及尺寸大小；根據(jù)被測組織 內部結構的特點來設置聲速組的初始值的數(shù)量和數(shù)值，以及聲速的搜索范圍和搜索步長， 聲速搜索的參考范圍；1450m/s(脂肪）至1650m/s(結締組織）。
[0022] 本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟六中重建采用的算法是時域反投影算法。在光聲重建中， 應用的比較多的算法是反投影重建算法和延時求和算法，反投影重建算法是對于光聲信號 的時間導數(shù)進行加權求和，而延時求和算法是對于光聲信號直接求和。相比于延時求和算 法，時域反投影算法可以計算出光聲信號傳播到每一個傳感器單元所需的時間，傳播時間 由信號傳播路徑中組織結構的傳播聲速決定。
[0023]本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟七中聚焦的概念與超聲中聚焦的概念類似，圖像中達到聚 焦的部分一般成像的質量最高，能量最高，對比度高。聚焦評價的標準的選擇根據(jù)聲速組的 搜索范圍以及步長和重建圖像的特點而定，一般聚焦部分具有較高的能量，較高的對比度， 較高的分辨率，故可以采用能量法和對比度法來檢測聚焦程度，來逐漸精確聲速組的搜索 范圍和搜索步長，從而使得選取最佳聲速的過程趨于收斂。
[0024]本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟八中選取最佳聲速的過程是趨于收斂的過程，具體說就是 通過比較在不同聲速組的條件下光聲重建圖像在吸收點位置的聚焦程度，選取對于每個吸 收點聚焦程度都為比較好的那幅圖像對應的聲速組作為最佳聲速組。
[0025]本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟九中的超聲成像是指將由光聲成像選取的最佳聲速組代 入預置系統(tǒng)聲速組中，重建出對比度更好、分辨率更高、結構信息更明確的超聲圖像。如果 需要得到更為清晰的超聲成像，可以在步驟九的基礎上重復步驟五至步驟九。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
[0027]圖2是本發(fā)明方法中裝置擺放圖。
[0028]圖3是本發(fā)明方法中選取聲速的示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明結合光聲成像和粗略的被測組織內部結構尺寸，通過對聚焦程度的評價標 準選取由時域反投影算法重建的圖像對應的最佳聲速組，然后代入超聲重建得到優(yōu)化的超 聲成像結果。
[0030] 如圖1所示，本發(fā)明公開了一種通過光聲成像選取最佳聲速組優(yōu)化超聲成像的方 法，包括以下步驟：
[0031] 步驟一，在光聲成像的設備系統(tǒng)中用激光器發(fā)射激光；
[0032] 步驟二，傳感器接收吸收點發(fā)出的光聲信號；
[0033] 步驟三，在超聲成像的設備系統(tǒng)中用超聲傳感器發(fā)射超聲波照射組織；
[0034] 步驟四，傳感器接收組織發(fā)出的超聲波信號；
[0035] 步驟五，根據(jù)超聲成像粗略測量內部結構的尺寸并根據(jù)組織結構的特點設置聲速 組的初始值和搜索范圍以及步長；
[0036] 步驟六，用時域反投影算法重建光聲圖像；
[0037] 步驟七，根據(jù)聚焦程度的評價標準選取當前最佳聲速并調整搜索范圍和步長；
[0038] 步驟八，根據(jù)評價標準選取最佳聲速并實現(xiàn)對吸收點的聚焦；
[0039] 步驟九，根據(jù)得到的最佳聲速優(yōu)化超聲重建圖像。
[0040] 本發(fā)明中，步驟一，所采用的光聲成像系統(tǒng)中，激光器發(fā)出的激光的工作波長范圍 在532至1064nm，激光器的功率約為20mJ/cm2。激光照射被測組織下方的吸收點。傳感器 緊貼被測組織放置，傳感器所在平面一般與激光所在平面垂直。
[0041] 本發(fā)明中，步驟二，傳感器接收步驟一中光聲效應產(chǎn)生的超聲波，超聲波經(jīng)過探頭 中的聲波透鏡到達傳感器，聲壓強度被記錄。所用的超聲傳感器越多，重建出圖像的分辨率 越高。傳感器的排列方式為線型。假設傳感器數(shù)目為N，記錄第k路傳感器由公式（1)