[发明专利]基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法

权利要求书

1.一种基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将成像目标固定在环形超声换能器阵列中，环形超声换能器阵列与成像目标之间充满介质水；

2)激光器输出激光脉冲，使激光脉冲均匀照射成像目标，激发成像目标产生超声脉冲信号；

3)环形超声换能器阵列中的各个实际超声换能器同时开始记录到达实际超声换能器的超声脉冲信号，且将超声脉冲信号转化成电信号，通过信号发生接收器将接收到的电信号进行放大，并传输到数据采集系统进行电信号采集；对采集的电信号进行处理，得出基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法的重建图形；

4)应用反投影算法计算成像目标图像处的像素点对应的第i个实际超声换能器P_i 的信号值Si(t)，则成像目标图像处像素点的图像值等于环形超声换能器阵列中的各个实际超声换能器的收到处像素点的信号值的叠加，即

其中，实际超声换能器距离成像目标为R，收到的超声脉冲信号所需时间为t，成像目标图像处的像素点与第i个实际超声换能器P_i 的距离为 R(x,y,P_i) ，成像目标图像处的像素点对应的第i个实际超声换能器P_i 的信号值 S_i(R(x,y,P_i)/v) ，v为超声在介质中的传播速度；

5)设置虚拟超声换能器与实际超声换能器之间的距离值为L，图像(x,y)处的像素点距离虚拟超声换能器的距离为R′＝R+L，则处像素点的图像值等于各个虚拟超声换能器收到处像素点的信号值的叠加，即

其中，图像处的像素点距离第i个虚拟超声换能器P_i ′ 的距离为 R ′ (x,y,P_i ′ ) ，成像目标图像处的像素点对应的实际超声换能器P_i 的信号值变为 S_i[(R ′ (x,y,P_i ′ )-L)/v] ；

6)将图像处的像素点与第i个虚拟超声换能器P_i ′ 的距离的极坐标转换成直角坐标,则式(2)变为：

其中，R是实际超声换能器扫描轨迹的直径，N是实际超声换能器的数量，S_i(t)是由第i处实际超声换能器接收的信号值，θ_i是第i个实际超声换能器位置的角坐标，v为超声在介质中的传播速度，R+L为虚拟超声换能器扫描轨迹的直径；

7)根据向量减法及距离公式，则成像目标的图像重建算法公式如下：

其中，I为图像处重建后的图像值，n为环形超声换能器阵列的扫描位置数，S_i(t)为第i个实际超声换能器收到的信号值，为第i个实际超声换能器的位置，L为虚拟超声换能器与实际超声换能器之间的距离值，v为超声在介质中的传播速度。

2.根据权利要求1所述的基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法，其特征在于，在图像重建过程中，利用环形超声换能器阵列进行球形扫描，在三维空间中，球形扫描由m个二维平面扫描过程构成，即各实际超声换能器总共有n×m个扫描位置，则公式(4)变为：

其中，I为图像处重建后的图像值，S_i,j(t)为(i,j)位置的实际超声换能器收到的信号，为第(i,j)个实际超声换能器的位置，L为虚拟超声换能器与实际超声换能器之间的距离值，v为超声在介质中的传播速度，n×m为实际超声换能器扫描点数。

3.根据权利要求1或2所述的基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法，其特征在于，步骤2)中所述激光器为脉冲激光器，所述激光脉冲波长532nm。

4.根据权利要求1或2所述的基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法，其特征在于，相邻的所述实际超声换能器之间的角度间距为1度，所述环形超声换能器阵列安装有360个实际超声换能器。

5.根据权利要求1所述的基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法，其特征在于，步骤3)所述对采集的电信号进行处理，是结合计算机中的MATLAB软件程序应用公式(4)的图像重建算法执行信号处理进行图像重建。

6.根据权利要求2所述的基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法，其特征在于，所述对采集的电信号进行处理，是结合计算机中的MATLAB软件程序应用公式(5)的图像重建算法执行信号处理进行图像重建。