[发明专利]一种生物组织光声波前整形显微成像方法

说明书

本发明提供一种生物组织光声波前整形显微成像方法，包括：获取原始光声信号；小波去噪和相关检测相结合，提取光声信号；使用优化算法，控制迭代优化波前整形；优化完成后，最优掩膜加载到光调制器件，有效增强光声信号；以及扫描成像。本发明将小波去噪和相关检测相结合用于去除白噪声和避免杂波干扰，在入射光严重散射，激发的光声信号较为微弱的情况，可以有效提取光声信号；本发明将优化算法和光调制器件相结合，以归一化光声信号为反馈进行迭代优化波前整形，可以有效增强光声信号强度，获得高对比度图像，提高光声成像的深度。

技术领域

本发明属于光声成像领域，尤其涉及一种生物组织光声波前整形显微成像方法。

背景技术

生物医学成像，对疾病诊断、疾病治疗和药物投递等具有指导作用。光在透明介质中沿着直线传播。而生物组织通常是强散射组织，光在其中传播，会经历多重散射，迅速变为散射光。传统高分辨率光学成像方法如共聚焦显微成像方法、光学相干断层扫描成像方法或多光子成像方法，都是利用弹道光进行成像，在生物组织中的成像深度不超过一个传输平均自由程，通常约几个微米，只适用于浅表层生物组织成像。基于光声效应的光声成像方法，兼具光吸收对比度和超声传输的优势。光声效应指的是，组织吸收入射光的能量，导致热膨胀，从而产生超声信号。此信号即为光声信号，其强度和入射光强度以及该位置处组织的光吸收系数成正比。光声成像方法中，用激光照射组织并采集光声信号，恢复组织的光吸收对比图像。由于超声受到散射的影响比光受散射影响弱2-3个数量级，光声成像方法有效提高了生物组织成像的深度。然而随着成像深度的进一步提高，入射光散射加重，开始出现无法有效激发光声信号的情况，信号微弱且淹没在噪声中，导致信号提取困难，成像质量下降甚至不能成像。仅仅通过提高光脉冲能量，增强光声信号强度，则容易对组织表面造成损伤。需要一种能够克服入射光受到的严重散射，有效激发光声信号，进一步提高生物组织光声成像深度的方法。

发明内容

为了解决光声成像中，随着成像深度的提高，入射光受到严重散射，无法有效激发光声信号，信号微弱且淹没在噪声中，导致光声成像的图像质量下降甚至不能够成像，使得光声成像深度受限的问题。

本发明提供一种生物组织光声波前整形显微成像方法，包括：

步骤(1)：获取原始光声信号；

步骤(2)：小波去噪和相关检测相结合，提取光声信号；

步骤(3)：使用优化算法，控制迭代优化波前整形；

步骤(4)：优化完成后，最优掩膜加载到光调制器件，有效增强光声信号；

步骤(5)：扫描成像。

其中，步骤(1)，包括使用脉冲激光源发出一定重复频率的光脉冲；包括生成随机掩膜，加载到光调制器件上，对入射光脉冲进行波前调制；包括将调制过的光脉冲投射到生物组织样品上；包括使用超声探测装置采集光声信号；包括使用信号放大器对光声信号进行放大。

其中，步骤(2)，包括选择和光声信号波形相近的小波基函数，确定光声信号小波分解的层级、阈值类型和阈值处理方式，对其进行小波去噪以去除白噪声；包括预先选定不受杂波干扰的光声信号模板，根据公式：

计算采集的光声信号和光声信号模板之间的归一化相关系数，其中，γ_xy是归一化相关系数，M是信号长度,x(m)是模板信号第m点的值,y(m)是采集的光声信号第m点的值,是模板信号的均值，是采集的光声信号的均值；包括根据相关系数判断采集的光声信号是否受到杂波干扰以剔除受干扰的信号。