一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统及其方法，包括：脉冲激光器，用于移植肾产生光声信号；超声换能器，用于接收光声信号并将其转换为电信号；超声收发模块，用于发射和接收电信号；光声信号处理单元；数据采集单元；计算机，用于控制脉冲激光器、超声收发模块，以及对数字化光声信号进行图像重建得到光声图像，并对光声图像进行颜色编码实现移植肾脏微血管分布、血管内血氧含量，氧合/脱氧血红蛋白含量等功能信息显像。本发明专利技术不仅能实现移植肾的结构成像，还能提供移植肾脏微血管分布、血管内血氧含量，氧合/脱氧血红蛋白含量等功能信息，即实现移植肾的结构和功能同时实时成像。

【技术实现步骤摘要】
一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统及其方法
本专利技术涉及医学测量
，尤其涉及一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统及其方法。
技术介绍
肾移植是治疗终末期肾病患者的有效手段，肾移植术后的并发症较常见，严重影响移植肾的存活，大约30％的移植肾会发生早期移植肾功能丧失。因此肾移植术后需尽早识别并干预异常的移植肾状态。穿刺活检是目前评估肾移植术后状态的金标准，但该检查为侵入性检查，存在出血等并发症，且存在较大的取样误差，其临床应用受限。MRI不能提供如移植肾血氧含量等信息，且难以进行床旁实时检测，费用昂贵，扫描时间长。普通CT能提供移植肾的结构信息，但难以提供移植肾的功能信息；增强CT能够反映移植肾的血流灌注情况，但所用造影剂具有一定的肾毒性，且易弥散至间质，碘过敏患者需禁用或慎用，此外，CT检查还具有放射性，难以应用于移植肾的长期随访。超声(B超及多普勒)无创、便捷、经济，能够显示移植肾的结构及血流动力学信息，但其检查过程易受操作者手法和经验的影响；超声造影虽然可以实时显示肾脏的血流灌注情况，但需借助超声造影剂，难以提供更多的功能信息，造影剂的价格也相对昂贵。光声成像分辨率高，不仅能够显示微血管，而且能够提供肾脏血管血氧含量，氧合/脱氧血红蛋白含量等功能信息，解决了现有技术对移植肾成像所存在的电离辐射、分辨率差、成本高、检查费时费力、诊断信息量少等问题。但是光声成像对组织结构性能力较差，缺乏足够的定位精确度。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种不仅能实现移植肾的结构成像，还能提供移植肾脏微血管分布、血管内血氧含量、氧合/脱氧血红蛋白含量等功能信息的光声超声双模态成像系统及其方法。为达到上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统，包括：脉冲激光器，用于移植肾产生光声信号；超声换能器，用于接收光声信号并将其转换为电信号；超声收发模块，用于发射和接收电信号；光声信号处理单元，用于对光声信号进行放大、滤波；数据采集单元，用于对经过放大和滤波的光声信号进行A/D转换；计算机，用于控制脉冲激光器、超声收发模块，以及对数字化光声信号进行图像重建得到光声图像，并对光声图像进行颜色编码实现移植肾脏微血管分布、血管内血氧含量，氧合/脱氧血红蛋白含量等功能信息显像。优选的，所述光声信号处理单元包括放大器和滤波器。优选的，所述图像重建方法包括有限元定量重建算法、滤波反投影或延迟叠加重建算法。优选的，所述脉冲激光器包括依次连接的激光器和光纤束。优选的，所述超声换能器为多元阵列超声探头，超声换能器换能通道数为2-2048，超声换能器频率范围为3.0Mhz-10.0Mhz。进一步的，所述超声换能器形状包括线阵和相控阵。进一步的，所述激光器的所发射脉冲激光的波长范围为500nm-1200nm，所发射脉冲激光的脉冲宽度为10ns-200ns，所述光纤束为液芯光纤束。优选的，一种用于移植肾的光声超声双模态成像方法，包括以下步骤：步骤S1：通过计算机对脉冲激光器进行参数设置和初始化，并开启脉冲激光器闪光灯进行预热；步骤S2：通过计算机依次启动超声收发模块和脉冲激光器工作，向移植肾区域发射脉冲激光，并通过超声收发模块及计算机得到移植肾超声图像；步骤S3：移植肾区域的移植肾组织吸收脉冲激光能量后产生光声信号；步骤S4：通过超声换能器将移植肾组织光声信号转换为电信号，经过放大、滤波、A/D转换和图像重建获得移植肾组织光声图像，并将颜色编码后的移植肾组织光声图像叠加于移植肾超声图像，得到光声和超声双模态图像。进一步的，在步骤S4中，计算血管内血氧含量、氧合/脱氧血红蛋白含量所需的对于特定波长的人体内血液吸收系数为：其中，εHbR(λi)和是血液中脱氧血红蛋白HbR和含氧血红蛋白HbO2在特定波长下的摩尔消光系数，[HbR]和[HbO2]代表血液中脱氧血红蛋白HbR和含氧血红蛋白HbO2的摩尔浓度。进一步的，在步骤S4中，计算血管内血氧含量、氧合/脱氧血红蛋白含量所需的血氧饱和度计算公式为：本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提出的一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统及其方法，通过超声成像及光声成像两种方式的结合，不仅能实现移植肾的结构成像，还能提供移植肾脏微血管分布、血管内血氧含量、氧合/脱氧血红蛋白含量等功能信息，即实现移植肾的结构和功能同时实时成像，有助于全面评估移植肾状态。附图说明图1为本专利技术系统结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。一种用于移植肾成像的光声超声双模态成像系统，包括：脉冲激光器，包括依次连接的激光器和光纤束，所述光纤束为液芯光纤束，激光器的所发射脉冲激光的波长范围为500nm-1200nm，所发射脉冲激光的脉冲宽度为10ns-200ns，脉冲激光器用于移植肾产生光声信号；超声换能器，超声换能器为多元阵列超声探头，超声换能器形状包括线阵和相控阵，超声换能器换能通道数为2-2048，超声换能器频率范围为3.0Mhz-10.0Mhz，超声换能器用于接收光声信号并将其转换为电信号；超声收发模块，用于发射和接收电信号；光声信号处理单元，包括放大器和滤波器，用于对光声信号进行放大、滤波；数据采集单元，用于对经过放大和滤波的光声信号进行A/D转换；计算机，用于控制脉冲激光器、超声收发模块，以及对数字化光声信号进行图像重建得到光声图像，并对光声图像进行颜色编码实现移植肾脏微血管分布、血管内血氧含量，氧合/脱氧血红蛋白含量等功能信息显像，其中图像重建方法包括有限元定量重建算法、滤波反投影或延迟叠加重建算法。与上述系统配套，一种用于移植肾成像的光声超声双模态成像的方法，包括以下步骤：步骤S1：通过计算机对脉冲激光器进行参数设置和初始化，并开启脉冲激光器闪光灯进行预热；步骤S2：通过计算机依次启动超声收发模块和脉冲激光器工作，向移植肾区域发射脉冲激光，并通过超声收发模块及计算机得到移植肾超声图像；步骤S3：移植肾区域的移植肾组织吸收脉冲激光能量后产生光声信号；步骤S4：通过超声换能器将移植肾组织光声信号转换为电信号，经过放大、滤波、A/D转换和图像重建获得移植肾组织光声图像，并将颜色编码后的移植肾组织光声图像叠加于移植肾超声图像，得到光声和超声双模态图像。在步骤S4中，计算血管内血氧含量、氧合/脱氧血红蛋白含量所需的对于特定波长的人体内血液吸收系数为：其中，εHbR(λi)和是血液中脱氧血红蛋白HbR和含氧血红蛋白HbO2在特定波长下的摩尔消光系数，[HbR]和[HbO2]代表血液中脱氧血红蛋白HbR和含氧血红蛋白HbO2的摩尔浓度。计算血管内血氧含量、氧合/脱氧血红蛋白含量所需的血氧饱和度计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统，其特征在于，包括：/n脉冲激光器，用于移植肾产生光声信号；/n超声换能器，用于接收光声信号并将其转换为电信号；/n超声收发模块，用于发射和接收电信号；/n光声信号处理单元，用于对光声信号进行放大、滤波；/n数据采集单元，用于对经过放大和滤波的光声信号进行A/D转换；/n计算机，用于控制脉冲激光器、超声收发模块，以及对数字化光声信号进行图像重建得到光声图像，并对光声图像进行颜色编码实现移植肾脏微血管分布、血管内血氧含量，氧合/脱氧血红蛋白含量等功能信息显像。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统，其特征在于，包括：
脉冲激光器，用于移植肾产生光声信号；
超声换能器，用于接收光声信号并将其转换为电信号；
超声收发模块，用于发射和接收电信号；
光声信号处理单元，用于对光声信号进行放大、滤波；
数据采集单元，用于对经过放大和滤波的光声信号进行A/D转换；
计算机，用于控制脉冲激光器、超声收发模块，以及对数字化光声信号进行图像重建得到光声图像，并对光声图像进行颜色编码实现移植肾脏微血管分布、血管内血氧含量，氧合/脱氧血红蛋白含量等功能信息显像。


2.根据权利要求1所述的一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统，其特征在于：所述光声信号处理单元包括放大器和滤波器。


3.根据权利要求1所述的一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统，其特征在于：所述图像重建方法包括有限元定量重建算法、滤波反投影或延迟叠加重建算法。


4.根据权利要求1所述的一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统，其特征在于：所述脉冲激光器包括依次连接的激光器和光纤束。


5.根据权利要求1所述的一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统，其特征在于：所述超声换能器为多元阵列超声探头，超声换能器换能通道数为2-2048，超声换能器频率范围为3.0Mhz-10.0Mhz。


6.根据权利要求5所述的一种用于移植肾的光声超声双模态成像系统，其特征在于：所述超声换能器形状包括线阵和相控阵。


7.根据权利要求4所述的一种用于移植肾的光声超声双模态成像系...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱婷婷，
申请(专利权)人：四川大学华西医院，
类型：发明
国别省市：四川;51