X光声成像中造影剂剂量的优化方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种X光声成像中造影剂剂量的优化方法、装置及存储介质。具体方法是：通过构建生物组织模型，并在感兴趣区域内混入一定剂量的造影剂，计算各个区域的吸收系数值，并结合组织的格留乃森参数和光通量值计算初始声压；然后进行光声成像模拟，并在投影信号中混入噪声，然后进行图像重建和数据分析；量化评价图像质量，并判断所得结果是否达到预设的图像质量目标，如果没有达到，则改变剂量重复以上过程直至达到目标值，从而得到优化剂量值。本发明专利技术能够在X光声成像中给出最佳造影剂剂量，并且保证图像质量。本发明专利技术有利于减少X光声成像过程中造影剂对生物体产生的损伤。声成像过程中造影剂对生物体产生的损伤。声成像过程中造影剂对生物体产生的损伤。

【技术实现步骤摘要】
X光声成像中造影剂剂量的优化方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术属于生物医学影像、光声成像领域，尤其涉及一种X光声成像中造影剂剂量的优化方法、装置及存储介质，用于提升图像品质的同时，降低造影剂剂量。

技术介绍

[0002]医学影像学已经成为当代医学的重要分支之一，各类成像技术在临床诊断和生物研究中的作用越来越重要。X光声成像技术是近年来发展的一种新型成像技术。该技术通过X光照射生物组织时的热胀冷缩效应产生的超声信号进行成像，由于单脉冲即可激发声信号，并且声信号向立体空间传播。因此，该技术在实时三维成像、低剂量成像方面有着明显优势，它与放疗结合可以减少CT成像需要造成的额外辐射损伤，它应用于小动物成像可以实现传统CT和光声的双模态融合。实际成像中受限于患者成像区域的特殊性，须要使用造影剂来提高图像质量。然而，造影剂会对人体造成不良反应，例如造影剂所致脑病、脑膜炎、心肌出血、抽搐、冠状动脉闭塞、急性肾损伤甚至休克死亡等等。因此，医学中使用造影剂的原则是剂量尽量少，但剂量过低又不能得到理想的图像质量。由此可见，造影剂剂量的优化选择问题在医学成像中亟待解决。

技术实现思路

[0003]为了解决X光声成像中造影剂选择的问题，本专利技术提出了一种X光声成像中造影剂剂量的优化方法、装置及存储介质。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种X光声成像中造影剂剂量的优化方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：构建待成像的生物组织模型，设定图像质量指标目标值CR/>mb
，并设定造影剂剂量；
[0007]步骤二：根据生物组织模型及造影剂剂量确定生物组织模型各体素的参数，包括格留乃森参数、吸收系数和光通量；
[0008]步骤三：基于确定生物组织模型各体素的参数计算生物组织模型各体素的初始声压分布：
[0009]步骤四：基于生物组织模型各体素的初始声压分布，通过生物组织的光声波动方程数值计算对生物组织模型进行X光声成像模拟，产生投影数据；
[0010]步骤五：在投影数据中加入噪声；
[0011]步骤六：对投影数据进行图像重建获得重建图像，计算重建图像的图像质量指标值并与目标值进行比较，若大于等于目标值，则当前设定的造影剂量为最佳剂量，否则重新设定造影剂剂量并重复步骤二至步骤六直至重建图像的图像质量指标值大于等于目标值；其中造影剂剂量的初始值为0，依据重复的次数依次递增。
[0012]进一步地，所述生物组织模型是根据待成像区域的组织构建的模型。
[0013]进一步地，所述图像质量指标的计算方法包括梯度法、均方差法等能客观反映图
像质量的指标。
[0014]进一步地，所述生物组织模型各体素的吸收系数通过如下方法计算获得： [0015]式中，E是指X射线能量，μ(E)是指当X射线能量为E时组织的吸收系数值，与造影剂剂量有关，S(E)是指射线源初始能谱，l是指穿过组织层的厚度，与体素位置有关，i, j 表示模型体素的下标。
[0016]进一步地，所述光声波动方程表示为：，其中p(r,t)是表示位置r处、t时刻的声压值，它的离散形式即为p0(i,j)，H(r,t)是指位置r处、t时刻的能量沉积，c是声速，β是热膨胀系数，c
p
是等压比热容。
[0017]进一步地，所述步骤五中，噪声采用实际噪声采样数据或通过随机生成的噪声数据。
[0018]进一步地，所述步骤六中，图像重建的方法包括：滤波反投影、时间反演法、迭代重建法。
[0019]进一步地，所述图像质量指标的计算方法如下：
[0020]首先对重建图像幅值进行归一化；
[0021]然后基于归一化的重建图像计算图像质量指标值，所述图像质量指标是感兴趣区域的单位像素图像幅值与非感兴趣区域的单位像素图像幅值的差值占与非感兴趣区域的单位像素图像幅值的百分比。
[0022]一种X光声成像中造影剂剂量的优化装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上所述的一种X光声成像中造影剂剂量的优化方法。
[0023]一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时实现如上所述的一种X光声成像中造影剂剂量的优化方法。
[0024]本专利技术的有益效果是： 本专利技术提出了一种X光声成像中造影剂剂量的优化方法、装置及存储介质。本专利技术能够在X光声成像中给出最佳造影剂剂量，并且保证图像质量。本专利技术有利于减少X光声成像过程中造影剂对生物体产生的损伤。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术提出的一种X光声成像中造影剂剂量的优化方法的步骤示意图；
[0027]图2为本专利技术一实施例提供的仿体
‑
肝组织模型示意图；
[0028]图3为本专利技术的方法得到的不同造影剂的剂量
‑
图像质量指标变化曲线；
[0029]图4为本专利技术基于验证本专利技术提出的造影剂剂量的优化方法的结果图；
[0030]图5为本专利技术提出的一种X光声成像中造影剂剂量的优化装置的结构示意图；
具体实施方式
[0031]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0032]在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。
[0033]在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0034]应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
[0035]本专利技术提出的一种X光声成像中造影剂剂量的优化方法，首先建立生物组织模型仿体，给定图像质量指标目标值，然后根据仿体参数计算吸收系数，结合光通量和格留乃森参数计算初始声压分布，再数值模拟光声成像过程并加入噪声，再然后进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种X光声成像中造影剂剂量的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：构建待成像的生物组织模型，设定图像质量指标目标值CR
mb
，并设定造影剂剂量；步骤二：根据生物组织模型及造影剂剂量确定生物组织模型各体素的参数，包括格留乃森参数、吸收系数和光通量；步骤三：基于确定生物组织模型各体素的参数计算生物组织模型各体素的初始声压分布；步骤四：基于生物组织模型各体素的初始声压分布，通过生物组织的光声波动方程数值计算对生物组织模型进行X光声成像模拟，产生投影数据；步骤五：在投影数据中加入噪声；步骤六：对投影数据进行图像重建获得重建图像，计算重建图像的图像质量指标值并与目标值进行比较，若大于等于目标值，则当前设定的造影剂量为最佳剂量，否则重新设定造影剂剂量并重复步骤二至步骤六直至重建图像的图像质量指标值大于等于目标值；其中造影剂剂量的初始值为0，依据重复的次数依次递增。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物组织模型是根据待成像区域的组织构建的模型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像质量指标的计算方法包括梯度法、均方差法。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物组织模型各体素的吸收系数通过如下方法计算获得： ；式中，E是指X射线能量，μ(E)是指当X射线能量为E时组织的吸收系数值，与造影剂剂量有关，S(E)是指射线源初始能谱，l是指穿过组织层的厚度，与体素位置有关，i, j 表...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锋，施钧辉，李驰野，陈睿黾，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：