[发明专利]一种基于迭代自适应加权的有限视角光声成像重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光声成像（Photoacoustic Tomography，简称PAT）技术，具体涉及迭代自适应加权的有限视角光声图像重建方法。

背景技术

光声成像是近十年来新兴的生物医学成像技术，它结合了光学成像高对比度和超声成像的高分辨率的特点，近年来获得飞速的发展。光声图像不仅能够提供组织的结构形态，还能反映生理代谢等功能信息，光声成像技术在生物组织成像中已经得到广泛的应用，如肿瘤检测、血管成像、脑功能成像等相关研究。

短脉冲激光照射到成像样品，样品组织局部吸收光能而产生热膨胀向四周辐射超声波，通过超声探测器在不同位置的采集光声信号，使用图像重建方法算出组织的吸收强度分布。图像重建是由信号转化成图像的关键，而成像方法又是图像重建的核心技术，目前针对规则扫描形状已经提出了重建方法，包括滤波反投影法，时域重建法，频域重建法，延迟求和法等。

上述图像重建方法都在实际应用中，都需要全方位扫描获取完备数据，数据采集速度慢，对系统要求高。本发明提出的图像重建方法，对有限视角扫描的欠采样信息也能精确地重建出光声图像。

发明内容

（一）发明目的

本发明目的在于克服现有图像重建技术数据冗余的缺点，提供一种针对有限视角信息的光声成像方法，基于有限角度少量扫描的欠采样数据和迭代自适应加权方法，精确重建生物组织吸收强度分布图像，解决了生物组织无法全方位扫描的成像问题。

（二）技术方案

本发明提出了一种基于迭代自适应加权的有限视角光声成像重建方法，具体步骤如下：首先利用有限视角滤波反投影方法得到迭代初始图像，基于初始图像和采集光声信号计算投影信号的加权系数，利用初始图像和加权系数获取计算机模拟光声信号，计算模拟光声信号与采集光声信号的残差，对残差信号反投影获取残差图像，将残差图像加到上一次迭代生成图像获得修正重建图像，重复上述过程，设置最大迭代次数和迭代误差作为迭代结束条件。

根据本发明的实施例，提供了一种基于迭代自适应加权的有限视角光声成像重建方法，包括以下步骤：

步骤1，重建图像初始化；

步骤2，计算加权系数；

步骤3，计算模拟信号；

步骤4，计算信号残差；

步骤5，计算重建图像；

步骤6，计算模型误差，设置迭代终止条件。

根据本发明的一个实施例，重建图像初始化包括采集光声信号的预处理，重建图像的离散化，以及计算信号与图像像素之间的关系。

根据本发明的一个实施例，计算信号与图像像素之间的关系包括投影矩阵和反投影矩阵的计算。

附图说明

图1为本发明的基于迭代自适应加权的有限视角光声成像重建方法流程图；

图2为计算机模拟投影信号的几何分布；

图3a、3b和图3c为基于本发明方法的计算机仿真数据重建结果，其中；其中图3a是用90°范围内30个探测信号重建的光声图像；图3b是用135°范围内45个探测信号重建的光声图像；图3c是用180°范围内60个探测信号重建的光声图像；

图4a和图4b为基于本发明方法的离体生物组织的重建结果，其中图4a为离体组织仿体照片，图4b本发明方法重建图像。

具体实施方式

用短脉冲激光均匀照射成像样品，超声探测器在成像平面内扫描，接收样品产生的光声信号，光声信号的产生服从的光声成像方程为：