[发明专利]一种声速自适应的光声-超声双模态显微镜成像方法

权利要求书

1.一种声速自适应的光声-超声双模态显微镜成像方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：光声信号激发与采集

超声换能器同时与信号发生器和数据采集卡连接，脉冲激光器发出的激光脉冲照射在样品上，样品因此产生的光声信号被超声换能器接收；同时，光电二极管接收脉冲激光器发出的激光脉冲，并利用接收到的信号触发数据采集卡对超声换能器接收到的光声信号进行采集；所述超声换能器为点聚焦水浸式超声换能器；

步骤2：超声信号的激发与采集

在光声信号采集完成后，再经过设定时间的延时，信号发生器产生窄脉冲信号并被加载在超声换能器上，超声换能器通过电声转换将窄脉冲信号转换为超声脉冲发射至样品上，样品因此产生的超声回波信号被超声换能器接收；数据采集卡对超声换能器接收到的超声回波信号进行采集；

步骤3：逐点扫描样品

沿着x-y平面对样品进行逐个成像点的扫描，即对每个成像点执行步骤1和步骤2，得到每个成像点的光声信号和超声回波信号；

步骤4：提取样品声速值

在光声信号的采集过程中，将超声换能器的焦点当作一个有固定指向角度的点探测器，将该点探测器称为虚拟换能器，虚拟换能器v的位置记为(x_v,y_v,z_v)，成像点的位置记为(x,y,z)，则存在如下关系：

r(x_v,y_v)²＝c²T(x_v,y_v)²-(z-z_v)²,v＝0,1,2,3… (1)

其中：c表示样品声速，表示成像点上的光吸收体和虚拟换能器v在x-y平面上的水平距离，T(x_v,y_v)表示光声信号从光吸收体到虚拟换能器v的传播时间，|z-z_v|表示光吸收体与虚拟换能器v在z方向上的垂直距离；通过T(x_v,y_v)和r(x_v,y_v)的线性拟合结果的斜率计算c²，进而得到样品声速c；

步骤4.1：通过下式计算T(x_v,y_v)：

T(x_v,y_v)＝T₀+ΔT,v＝1,2,3… (2)

其中：T₀表示光声信号从光吸收体到虚拟换能器0的传播时间，虚拟换能器0的位置为(x₀,y₀,z_v)，取(x₀,y₀)＝(x,y)；ΔT表示虚拟换能器0和虚拟换能器v接受同一光声信号的信号延迟；

步骤4.2：通过计算虚拟换能器v的接收信号和虚拟换能器0的接收信号之间互相关的最大值求取ΔT，即：

其中：和表示t和t-Δt时刻虚拟换能器v的接收信号，表示t时刻虚拟换能器0的接收信号；

步骤5：基于虚拟换能器和合成孔径聚焦方法重建大景深的光声和超声图像；

光声和超声图像的任意位置(x,y,z)的像素值A(x,y,z)均通过对相邻位置虚拟换能器接收到的光声信号或超声回波信号进行延迟和叠加获得：

其中：x'＝x-x_v，y'＝y-y_v，z'＝z-z_v；

是加载在虚拟换能器上的相位补偿，基于该相位补偿，利用合成孔径技术将满足x'²+y'²≤R²条件的所有虚拟换能器合成为点聚焦换能器，该点聚焦换能器的焦点位于(x,y,z)；

α是一个参数：当z'＞0时，α＝+1；当z'＜0时，α＝-1；

R表示合成孔径的半径大小；

H[·]表示希尔伯特变换；

p_(x,y)表示接收到的光声信号或超声回波信号；

对于光声显微镜成像κ＝1；对于超声显微镜成像时κ＝2；

CF(t)是相干系数，用来增加侧向分辨率，抑制成像时出现的旁瓣伪像。

2.根据权利要求1所述的声速自适应的光声-超声双模态显微镜成像方法，其特征在于：所述步骤4.2中，将与光吸收体的水平距离均为r(x_v,y_v)的虚拟换能器的接收信号进行叠加，根据叠加后的接收信号和接收信号之间互相关的最大值求取ΔT，即：

其中：