[发明专利]一种多层介质光声层析成像方法

说明书

本发明涉及一种多层介质光声层析成像方法，包括以下步骤：利用脉冲光对所需成像的多层介质进行照明，利用多个设置外层介质中的换能器从多角度不同位置接收多层介质产生的声信号，并对每个换能器接受的信号做傅里叶变换，形成声压频谱；根据所需成像的分辨率要求，基于多层介质的几何参数，对多层介质进行离散化网格划分；根据频域声传播方程，选取一定数量离散频率点，构建模型矩阵；组合模型矩阵与一定数量离散频率点对应的声压频谱，构建线性方程组；对线性方程组进行求解优化。该成像方法不仅可显著提高多层异质介质内光声层析图像的质量、得到准确的初始声压分布，还可根据实际需要自行设置图像分辨率完成高分辨率高精度成像。

技术领域

本发明涉及光声成像技术领域，尤其是一种多层介质光声层析成像方法。

背景技术

光声成像作为一种新型非电离成像方法，具有光学成像对比度和声学成像分辨率的特点，正广泛应用于生物医学、临床治疗等医学领域。近年来，多层介质的光声成像引起了许多专家学者们的研究兴趣，这是由于声学参数的不一致会对成像产生巨大影响，例如，在光声经颅成像中，颅骨与脑颅组织之间严重的声阻抗不匹配导致光声信号的幅值衰减与相位变化，这些变化会使得使用传统的光声成像算法重建出的图像存在严重错误。因此，研究合适的多层介质光声成像算法迫在眉睫。

目前，通常采用简化异质性或者声速的校正与补偿的方法来对多层异质介质进行光声成像，然而，无论是哪种方法都没有考虑实际层之间边界物理现象，因此，实际成像质量低、对比度差，无法满足高质量成像需要。同时，其它的一些方法，例如基于弹性波方程的密集型计算法，虽提高建模精度，但是数学表达比较复杂，计算量巨大，对计算机性能要求过高，难以真正在实际应用中进行推广。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种多层介质光声层析成像方法，解决了目前针对光声成像方法的建模精度低、算法复杂计算量的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种多层介质光声层析成像方法，所述多层介质由至少内、中、外三个介质层叠加而成，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，利用脉冲光对所需成像的多层介质进行照明，利用多个设置外层介质中的换能器从多角度不同位置接收所述多层介质产生的声信号，并对每个所述换能器接受的信号做傅里叶变换，形成声压频谱；

步骤2，根据所需成像的分辨率要求，基于所述多层介质的几何参数，对所述多层介质进行离散化网格划分；

步骤3，基于步骤2的离散化网格划分结果，根据频域声传播方程，选取一定数量离散频率点，构建模型矩阵；构建关于所述模型矩阵与所述一定数量离散频率点对应的声压频谱的线性方程组；

步骤4，对所述线性方程组进行求解优化。

其进一步技术方案为：

所述步骤3中构建的所述模型矩阵包括分别针对所述三个介质层的矩阵：成像区域所对应的内层介质的模型矩阵、所述换能器所在外层介质的模型矩阵、以及介于所述内层介质、外层介质之间的中间层介质的模型矩阵。

所述步骤3中构建的所述模型矩阵如下：

其中，C为所述外层介质的模型矩阵；Bi为所述中间层介质的模型矩阵，i为中间层介质的层数，i≥1，且中间各层介质具有相同形式的矩阵；A为所述内层介质的模型矩阵；下标v表示换能器个数，m表示成像区域即内层介质的离散点个数，1为外层介质与中间层介质之间界面的离散点个数，n表示中间层介质与内层介质之间界面的离散点个数；

其中，