[发明专利]基于多角度观测的高分辨率光声成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及光声层析成像技术，尤其涉及一种基于多角度观测的高分辨率光声成像方法。

背景技术

光声成像是近年来发展起来的一种无损医学成像方法，结合了纯光学成像的高对比度特 性和纯超声成像的高穿透特性。它是以短脉冲激光作为激励源、光声信号作为信息载体，根 据不同生物组织对特定波长激光具有差别较大的光学吸收系数进而辐射不同强度超声波的原 理进行成像，通过对采集到的一组光声信号进行图像重建处理而得到组织内部结构信息的一 种成像方法。光声成像技术将光学和声学有机地结合起来，部分地克服了光在组织中传输时 组织强散射效应的影响，因此光声成像技术具有比光学相干层析成像(OCT)技术更好的生物组 织穿透性。光声信号既依赖于生物组织的光学特性，也依赖于生物组织的声学特性，能够给 医学诊断提供大量的有效信息。肿瘤在生长过程中通常需要更多的血液供应，伴随更多的微 血管增生，血管中的血色素使得病变组织对激光的吸收显著增强，明显高于正常部位，光声 信号强度也远高于正常组织，因此光声成像技术非常适合用于肿瘤的早期诊断，应用前景广 阔，正逐渐成为生物组织无损检测技术领域的一个研究热点。

目前，光声图像受制于阵列式超声探头切割工艺的限制，超声成像的横向分辨率比纵向 分辨率一般要低2～3倍，导致光声图像的横向分辨率降低。因此针对这个问题，基于灵活的 相控动态聚焦算法，利用同一阵列超声探头同时感知来自不同角度的光声信息，然后将这些 不同角度的光声回波数据在同一参考坐标系下进行数据融合处理，即对同一被测目标同时进 行多角度的观测，并将观测结果进行数据融合处理，这样处理可有效提高成像的横向分辨率 和信噪比，实现光声图像的高分辨率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺点和不足，提供一种基于多角度观测的高分辨 率光声成像方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现，一种基于多角度观测的高分辨率光声成像方法， 包括如下步骤：

(1)脉冲激光照射到待测生物组织上，产生光声信号；

(2)利用多元阵列超声探头同步观测光声信号，将采集到的光声信号全部采集、存储并 上传到计算机中；

(3)在计算机上基于相控动态聚焦算法和逆向坐标变换算法对光声图像进行快速重建；

(4)通过改变动态聚焦参数实现对待测生物组织的多角度观测，将不同角度观测到的图 像进行数据融合处理。

步骤(1)中，所述脉冲激光优选波长为400～1100nm。

步骤(2)中，所述多元阵列超声探头采用的是128阵元的宽带线阵探头，探头带宽为 5～10MHz，与光声信号频率保持一致。

步骤(3)中，所述相控动态聚焦算法，对探头128个阵元的回波数据采用并行分布式处理 的图像重建方式。探头扫查采用整数步距和1/2步距切换模式，以整数步距为例，首先以第1 个阵元的回波数据为基准，该阵元的所有回波数据均被视为不同深度的焦点，以聚焦延时作 为其它阵元回波数组的地址指针，通过地址查询的方式找到各个阵元共振点，将它们累加起 来，就得到了以第1个阵元为主轴线的聚焦声束。同样，以第2个阵元的回波数据为基准， 重复上述过程，可以得到以第2个阵元为主轴线的声束，同样过程重复128次，可以重建出 一个由128条声束构成的二维光声图像。

步骤(3)中，所述逆向坐标变换算法，采用逆坐标变换的方式，利用双线性插值方法，将 极坐标格式的数据转换为直角坐标系格式的数据。

步骤(4)中，所述实现对待测生物组织的多角度观测，利用同一组原始数据，通过控制聚 焦主轴的方向，进而改变动态聚焦参数实现探头对待测生物组织的多角度观测。

步骤(4)中，所述图像融合处理，采用数据融合算法，将图像叠加在一起，确保在检测灵 敏度不降低的情况下改善和提高光声图像的横向分辨率和信噪比，实现光声图像的高分辨率。

本发明还提供一种实现上述方法的装置，包括激光器、多元阵列超声探头、多通道并行 采集电路和计算机，所述多元阵列超声探头阵元面正对待测生物组织，阵元面的中心位置对 准待测生物组织的中心，多元阵列超声探头、多通道并行采集电路和计算机依次电气连接。