基于TV-CG的光声断层图像重建方法技术

本发明专利技术属于无损检测领域，涉及一种基于TV

【技术实现步骤摘要】
基于TV
‑
CG的光声断层图像重建方法


[0001]本专利技术属于无损检测
，具体涉及一种基于TV
‑
CG的光声断层图像重建方法。

技术介绍

[0002]光声成像(Photoacoustic tomography，PAT)作为一种新型无损成像技术，结合了纯光学成像和纯超声成像的优点，具有对比性强、灵敏度高、成像深度深的优点。
[0003]光声成像是采用调制激光照射目标组织，使组织受热而激发出超声波，再由采集的声波重建出反映目标组织内部结构的光吸收分布。重建方法会影响图像的成像质量，因此其选取是非常重要的。目前已有的重建方法有滤波反投影(FBP)、时间反转和基于傅里叶变换的重建方法等。这些算法基于球形Radon变换模型，该模型具有固有的局限性，即在目标对象周围需要大量数据点才能准确估计初始压力分布。由于在实际测量过程中边界数据有限以及测量的光声信号中不可避免的混有噪声，导致基于模型的初始压力上升分布的恢复是一个不适定的问题。
[0004]正则化作为一种解决病态反问题的技术，其应用是很广泛的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于TV
‑
CG的光声断层图像重建方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、基于波动方程，采用中心差分方法构建系统矩阵A，建立光声成像的前向模型Ax＝y，所述x为成像区域内各像元的压力初值，y为边界上的实测声学数据；PAT图像重建的目标是找到初始声压分布x；S2、初始化：将重建图像x初始化为零矩阵，设置初始解x
1/2
＝x0，CG中的初始向量g0＝A
T
(Ax0‑
y)，CG中的初始向量p0＝
‑
g0，由CG初始条件设定h0＝A
T
Ap0，CG迭代步长往共轭方向走一步来更新解x1＝x0+αp0，初始迭代设为1k＝1；S3、迭代：当i＝1,2,3,......,M，i为迭代次数，对x
CG
进行迭代；S4、更新或终止：当满足退出标准时，结束迭代，否则进行重复迭代过程更新图像矩阵x并返回步骤S2。2.根据权利要求1所述的基于TV
‑
CG的光声断层图像重建方法，其特征在于，TV
‑
CG算法是在式的基础上加入TV扰动项TV
′
(x)和TV惩罚项TV(x)，在TV
‑
CG算法中，TV参数被引入到迭代中，重建转换为优化问题，重建的图像转化为数学表示式：所述β为可调参数，TV
′
(x)为加入的TV扰动值；利用含有扰动的非线性共轭梯度算法进行重建，会产生一个含有全变分正则化和TV扰动的结果，因此每一个误差最小化后的像素点x
CG
都需解决：所述μTV(x)为图像重建过程中所添加的正则化惩罚项，旨在消除噪声干扰，作为主要标准，βTV
′
(x)作为次要标准，使得重建图像更具有平滑性；在TV
‑
CG算法中，通过TV约束修改目标函数，进行断层图像重建；基于TV
‑
CG的正则化思想，通过在原始共轭梯度迭代过程中加入TV扰动，并将加入扰动后的共轭梯度算法与全变分问题相结合应用到重建模型中。3.根据权利要求1所述的基于TV
‑
CG的光声断层图像重建方法，其特征在于：TV
‑
CG算法对光声数据进行处理过程中，在计算测量矩阵时，对每个检测点单独处理数据，以便在每个检测点的迭代后更新重建图像；所述S3中的对x
CG
进行迭代，TV
‑
CG算法在根据原始优化标准保持性能的同时，将迭代过程引导到相对于给定函数优化可行点的方向，在误差小于ε时停止重复迭代，ε为设置的停止迭代标准最大值。4.根据权利要求1所述的基于TV
‑
CG的光声断层图像重建方法，其特征在于，构建系统矩阵A的方法与步骤为：波动方程的建立：光声压强P(r,t)表示为：P(r,t)＝cρ
′
(r,t)+βρcT(r,t) (1)其中，β是等压膨胀系数，c是介质的声速，ρ
′
(r,t)为密度变化量，ρ为介质的密度，r和t分别代表位置信息与时间信息，T(r,t)表示组织升高的温度；将式(1)对t求导得：
将代入到式(2)，有：式中u(r,t)为质点振动速度，是相对于位置变量r的拉普拉斯算子；将式(3)对t求导后，代入则有：式(4)为温度变化与声场中光声压强之间的关系；温度变化与光能量的沉积H(r,t)之间的关系为：其中，C
p
为比热容系数，T(r,t)表示组织升高的温度，H(r,t)为热源函数表示单位时间单位体积内的热量；将式(5)代入式(4)，得到光声压强与光能量沉积之间的联系如下：其中，是相对于位置变量r的拉普拉斯算子，式(6)为光声波动方程；假设声波所通过的介质是无粘性的，并且生物组织的密度是均匀的，则光声效应产生的声波以介质声速沿径向传播造成的压力分布p(r,t)与热源函数H(r,t)关系的光声波动方程表示为：其中p(r,t)为光声效应产生的声波以介质声速沿径向传播在位置r时刻t产生的压力分布，它是时间和位置的函数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡丽梅，董方旭，张瑛，段剑，孙岩，张霞，王浩全，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：