[发明专利]一种基于光声成像技术的多层介质声速计算的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光声成像技术的多层介质声速计算的方法，具体地说就是根据传感器脉冲响应函数，对传感器接收到的原始数据进行逆滤波处理得到逆滤波数据，然后对各组织中可能的声速进行迭代，以逆滤波得数据和每组可能的声速为基础重建光声图像，对于每次得到的图像计算和提取其声源分布的信息，并以此判断该组声速是否为最优解，反馈控制声速的迭代，直到产生最优解为止。

背景技术

目前虽然声速的测量方法有很多，比如正弦连续波共振法、脉冲时延法、相位比较法，但它们往往需要精密的仪器设备，而且这些方法不适合生物组织的测量条件。同时生物组织中的介质并不唯一，甚至是多层的，而现有的方法大多只能测定出生物组织中的平均声速，因此对于生物组织(特别是活体组织)中各介质中声速的确定，尚无效果特别理想的方法。

基于光声效应的光声成像利用脉冲激光激发光声信号，并且通过超声探头检测光声信号，进而反演出组织内光吸收特性分布。光声成像利用生物组织内的光吸收特性分布来重构图像，因此具有光学成像的高对比度。此外，光声成像检测的是光声信号，所以对于深处组织成像，它又具有超声成像高空间分辨率的优点。由于以上原因，光声成像已经被广泛地应用于人体和动物组织成像中，例如小鼠脑部血红蛋白浓度的成像，动物关节成像，人体关节成像，人体乳腺成像。由于光声成像对生物组织无创，并且兼具了光学成像高对比度和超声成像高空间分辨率的优点，利用该技术对生物组织进行较为精准的成像，而后根据重建图像的反馈，可以有效地确定组织中多层介质的声速。

该方法在光声成像技术近乎完美的成像质量的基础上，利用计算机强大的计算能力确定组织中各介质的声速，实现了对生物组织的无创测量，且避免了精密仪器的使用及其所带来的繁复的操作。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对传统声速测量方法无法有效确定人体组织中各介质中声速的问题，提供一种基于光声成像技术的多层介质声速计算的方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于光声成像技术的多层介质声速计算的方法，包括以下步骤：

步骤一，根据传感器脉冲响应函数，对传感器接收到的原始数据进行逆滤波处理得到逆滤波数据；

步骤二，设定组织中不同介质的初始声速及声速迭代范围；

步骤三，以逆滤波数据及所设定组织各层声速为基础，进行光声图像重建；

步骤四，从每次重建得到的光声图像中计算并提取图像中声源的分布；

步骤五，依据声源分布信息确定迭代是否完成，若完成则输出声速。

本发明中，优选地，所述逆滤波在时域中进行：先以单个N型波(N型波是指点源光声信号，得名于其近似于N形的时域波形)经过传感器系统函数响应后输出的时域波形为模板，对每个传感器阵元的输出信号进行互相关运算，以确定每个N型波到达传感器的时刻。之后对于各阵元的输出信号，从所确定的第一个N型波开始，确定其主瓣的幅值后，将其波形减去，接着用同样方法确定第二个N型波主瓣幅值，依次类推，以达到分隔出该路上单个N型波输出波形的目的。最后用单个N型波经过传感器系统函数响应后波形变化的先验知识，还原出每路信号在被传感器响应前的原始波形；

本发明中，优选地，所述根据反馈或初值设定声速的方法在初次迭代时设定所有组织声速为初值C，C取值在1300m/s至1600m/s之间；

本发明中，优选地，所述以声速为基础进行光声重建采用延迟求和法，用设定的组织中的介质声速以及介质的几何尺寸计算出声波传播时间，以此找出待重建的每个像素点在数据矩阵中所对应的一系列数据，并对这些数据进行加权求和；

本发明中，优选地，所述提取并计算重建图像中声源分布的方法是用一个变量P[I(m，n)]对每个像素点(m，n)进行处理，若其灰度值I(m，n)大于设定的阈值(可设为128)，则P[I(m，n)]置1，反之置0，最后计算I²(m，n)关于P[I(m，n)]的加权平均，即可得到图像中声源分布的信息，简称为声源集中强度。

本发明中，优选地，所述根据声源分布信息判定迭代完成与否的方法是用一个长度可变的数组存放声源集中强度值，每次产生出一个新的值后，将其添加至数组末端，若数组中的倒数第二个数是极大值，则停止迭代，输出最优的声速；否则，继续迭代。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明方法中N型波的时域波形。