[发明专利]基于单粒子多边定位追踪的超分辨功能性光声成像方法

权利要求书

1.一种基于单粒子多边定位追踪的超分辨功能性光声成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

探测器位置校准，采用三边定位方法对探测器的位置进行校准；

光声源定位，利用探测器采集粒子的光声信号并拟合获得所述粒子与所述探测器之间的间距以及超越声衍射极限的距离分辨率；

粒子多边定位，采用至少三个所述探测器获得所述粒子与所述探测器之间的间距，利用声源定位算法对所述粒子进行多边定位获得该粒子的三维空间位置；

多粒子迭代定位计算，采用迭代算法对多个所述粒子进行定位计算获得各个所述粒子的所述三维空间位置；

形成超分辨功能性光声图像，在时间序列上对至少一个所述粒子进行定位获得对应的所述三维空间位置，并根据该三维空间位置以及各个所述粒子的位置随时间的变化生成超分辨功能性光声图像。

2.根据权利要求1所述的基于单粒子多边定位追踪的超分辨功能性光声成像方法，其特征在于，所述探测器位置校准的具体过程如下：

利用在二维平面上已知位置的光吸收粒子对所述探测器的位置进行校准，

步骤T1，通过调节聚焦透镜控制照明区域的直径和位置，激发玻片表面的单个所述光吸收粒子；

步骤T2，利用荧光显微镜记录所述光吸收粒子的位置；

步骤T3，激发并记录所述光吸收粒子分别到三个超声探测器的所述光声信号；

步骤T4，通过控制二维线性平移台移动所述光吸收粒子到新的位置或偏移激发光束激发所述玻片表面处于不同位置的所述光吸收粒子；

步骤T5，重复步骤T2～T4直至获得至少3组所述光声信号，

步骤T6，根据步骤T5获得的多组所述光声信号，代入三边定位算法反向推算得到所述探测器在三维空间的位置。

3.根据权利要求2所述的基于单粒子多边定位追踪的超分辨功能性光声成像方法，其特征在于：

其中，所述光吸收粒子可以为金纳米颗粒、炭黑颗粒或含色素颗粒。

4.根据权利要求1所述的基于单粒子多边定位追踪的超分辨功能性光声成像方法，其特征在于，所述光声源定位的具体过程如下：

采用至少三个所述探测器采集所述粒子发出的所述光声信号的强度并获得随时间变化的强度时间曲线，

采用高斯拟合方法或最大似然估计方法对所述强度时间曲线进行拟合获得拟合曲线，并根据该拟合曲线对所述光声信号进行时间定位从而获得所述粒子到所述探测器的距离向量，

其中，对所述光声信号的拟合能够获得超越所述声衍射极限的距离分辨率。

5.根据权利要求1所述的基于单粒子多边定位追踪的超分辨功能性光声成像方法，其特征在于，所述粒子多边定位的具体过程如下：

所述声源定位算法为最小二乘定位法，空间中n个探测器的位置为p_i＝(x_i,y_i,z_i)，其中，i∈(1,2,...,n)，n为正整数，所述粒子的位置为p＝(x，y，z)，所述粒子距离所述探测器的距离为r_i，r_i的计算公式为：

r_i²＝(x_i-x)+(y_i-y)+(z_i-z)²

通过最小二乘定位算法获得所述粒子的三维空间位置，所述位置的计算公式为：

式中，并且

6.根据权利要求1所述的基于单粒子多边定位追踪的超分辨功能性 光声成像方法，其特征在于：

其中，所述声源定位算法可以为傅里叶域重构算法、反投影算法、迭代重构算法或深度学习重建。