一种光声内窥成像图像重建方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光声内窥成像图像重建方法及系统。所述重建方法包括：根据前向仿真法确定生物腔体组织在短脉冲激光照射下产生的光声信号的光声信号理论值；获取超声探测器在所述生物腔体组织内采集的光声信号的光声信号测量值；根据所述光声信号理论值以及所述光声信号测量值构建目标函数；所述目标函数包括光吸收系数分布的非线性最小二乘函数以及声速分布的非线性最小二乘函数；根据所述目标函数重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像。采用本发明专利技术所提供的重建方法及系统能够提高光声内窥成像图像重建精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种光声内窥成像图像重建方法及系统
本专利技术涉及医学成像领域，特别是涉及一种光声内窥成像图像重建方法及系统。
技术介绍
生物光声内窥(Photoacousticendoscopy,PAE)成像是一种新型的非电离式生物医学功能成像方法，它结合了超声成像的高分辨率和光学成像的高对比度的优势。生物腔体组织在短脉冲激光的照射下产生光声信号，其幅值与入射光的强度成正比，其特性由组织的光吸收特性决定，通过采用合适的算法可从超声探测器采集的声压时间序列中反演重建出腔体横截面上组织的初始声压分布或者光吸收分布图，反映腔体组织的形态结构。在此基础上，还可重建组织的光学参数(主要是光吸收系数和散射系数)分布图，反映组织的功能成分。在PAE图像重建的过程中，为了简化问题，通常假设超声波在待测组织内的传播速度是恒定的或者是均匀分布的。但在实际应用中，超声波在不同组织中传播的速度存在较大差异，考虑到生物组织的复杂性，超声波在不同生物组织成分中的传播速度是不同的。例如冠状动脉血管包括内腔、管壁内膜/中膜、管壁外膜和粥样硬化斑块等，每一层的成分都不同，而含有病变组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光声内窥成像图像重建方法，其特征在于，包括：/n根据前向仿真法确定生物腔体组织在短脉冲激光照射下产生的光声信号的光声信号理论值；/n获取超声探测器在所述生物腔体组织内采集的光声信号的光声信号测量值；/n根据所述光声信号理论值以及所述光声信号测量值构建目标函数；所述目标函数包括光吸收系数分布的非线性最小二乘函数以及声速分布的非线性最小二乘函数；/n根据所述目标函数重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像；所述光声内窥成像图像包括光吸收系数分布图以及声速分布图。/n

【技术特征摘要】
1.一种光声内窥成像图像重建方法，其特征在于，包括：
根据前向仿真法确定生物腔体组织在短脉冲激光照射下产生的光声信号的光声信号理论值；
获取超声探测器在所述生物腔体组织内采集的光声信号的光声信号测量值；
根据所述光声信号理论值以及所述光声信号测量值构建目标函数；所述目标函数包括光吸收系数分布的非线性最小二乘函数以及声速分布的非线性最小二乘函数；
根据所述目标函数重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像；所述光声内窥成像图像包括光吸收系数分布图以及声速分布图。


2.根据权利要求1所述的光声内窥成像图像重建方法，其特征在于，所述根据前向仿真法确定生物腔体组织在短脉冲激光照射下产生的光声信号的光声信号理论值，具体包括：
利用准直光源模型确定在所述生物腔体组织的边界处含有光源项的辐射传输方程的扩散近似方程；
根据所述扩散近似方程，利用时域有限差分算法确定光吸收能量理论值；
根据所述光吸收能量理论值确定所述生物腔体组织在短脉冲激光照射下产生的光声信号的光声信号理论值。


3.根据权利要求1所述的光声内窥成像图像重建方法，其特征在于，所述根据所述光声信号理论值以及所述光声信号测量值构建目标函数，具体包括：
根据公式以及公式构建目标函数；其中，F1(r,μa,k-1(r),cs,k-1(r))为给定声速的前提下求解的光吸收系数分布的非线性最小二乘函数；F2(r,μa,k-1(r),cs,k-1(r))为给定光吸收系数的前提下求解的声速分布的非线性最小二乘函数；f(μa,k-1(r))＝||pm(r,t)-p(r,μa,k-1(r),cs,k-1(r))||2，r为生物腔体组织的横截面所在的θ-l平面极坐标系中的一点；pm(r,t)为位置r处、时刻t的光声信号的测量值；μa,k-1(r)为第k-1次迭代后得到的位置r处的光吸收系数；cs,k-1(r)为第k-1次迭代后得到的位置r处的声速；p(r,μa,k-1(r),cs,k-1(r))为光吸收系数为μa,k-1(r)、声速为cs,k-1(r)的情况下，前向仿真出的光声信号的理论值；||μa,k-1(r)||TV为TV正则化项；η为TV正则化参数；||·||为2-范数；α为同伦参数；cs,0(r)为位置r处声速的初始值。


4.根据权利要求3所述的光声内窥成像图像重建方法，其特征在于，所述根据所述目标函数重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像，具体包括：
根据公式确定所述光吸收系数分布的非线性最小二乘函数的二次近似函数；其中，X、Y为二次近似函数QL(X,Y)中的定点；f(Y)为用定点Y表示的f(μa,k-1(r))；▽f(Y)为f(Y)的梯度；L为迭代步长；
根据所述二次近似函数确定第k次迭代后位置r处的光吸收系数；
根据所述声速分布的非线性最小二乘函数计算第k-1次迭代后得到的位置r处的声速的修正值；
根据所述修正值确定第k次迭代后位置r处的声速；
根据所述第k次迭代后位置r处的光吸收系数以及所述第k次迭代后位置r处的声速重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像。


5.根据权利要求4所述的光声内窥成像图像重建方法，其特征在于，所述根据所述第k次迭代后位置r处的光吸收系数以及所述第k次迭代后位置r处的声速重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像之前，还包括：
获取光吸收系数的收敛公差以及声速分布的收敛公差；
计算第k-1次迭代后位置r处的光吸收系数以及第k-1次迭代后位置r处的声速；
计算所述第k次迭代后位置r处的光吸收系数以及所述第k-1次迭代后位置r处的光吸收系数之差的光吸收系数绝对值；
计算所述第k次迭代后位置r处的声速以及所述第k-1次迭代后位置r处的声速之差的声速绝对值；
判断所述光吸收系数绝对值是否小于等于所述光吸收系数的收敛公差，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示为所述光吸收系数绝对值小于等于所述光吸收系数的收敛公差，判断所述声速绝对值是否小于等于所述声速分布的收敛公差，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示为所述声速绝对值小于等于所述声速分布的收敛公差，根据所述第k次迭代后位置r处的光吸收系数以及所述第k次迭代后位置r处的声速重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像。


6.一种光声内窥成像图像重建系统，其特征在于，包括：
光声信号理论值确定模块，用于根据前向仿...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙正，孙立爽，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13