[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

说明书

本发明公开了一种基于有限尺寸平面换能器光声层析成像重建算法。在现有的光声层析成像重建算法中，所用的平面超声换能器通常被当做理想点换能器或无限尺寸平面换能器，但是，由于光声层析成像中的大多数超声换能器的平面尺寸是有限的，所以偏离中心的目标将使上述两种重建模型成像的切线方向上模糊。本发明提出的一种基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法，相对于现有的算法，其通过延长反投影距离来匹配探头尺寸，因此有效快速地恢复有限尺寸平面换能器光声层析成像图像的切向畸变，改善其切向分辨率，从而得到全方位的高分辨光声层析成像结果。

技术领域

本发明涉及光声层析成像技术领域，具体地涉及一种基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法。

背景技术

光声计算机层析成像技术是近年来发展迅速的一种成像对比度高、对人体伤害小的医学成像技术。二维环形扫描是光声层析成像中最常见的实现方式之一，已广泛应用于小动物脑血管网络的可视化，裸鼠肿瘤检测和人类手指关节结构的成像。在这种扫描模式下，通常采用平面图传感器来执行围绕成像目标的环形扫描(或者存在环形阵列以避免环形机械扫描)。

光声层析成像(CSPAT)系统设计的诸多考虑因素包括光学照明，系统小型化，成本较低，采集时间较少以及成像对象的几何约束条件等，图像质量和空间分辨率仍然是最重要的优先事项；一方面，超声换能器的分布和特性在CSPAT中获得的图像的空间分辨率中起关键作用，为了确保换能器在CSPAT所需位置收集到图像域中的所有超声源，通常采用大孔径或宽接收角度的传感器，其尺寸为毫米级。另一方面，CSPAT中的大多数重建算法，例如传统的反投影算法，都假定超声换能器是理想点或无限尺寸，在这种情况下，重建算法中有限的换能器尺寸与上述两种重建模型近似之间的模型失配将导致图像中切线方向的一些旋转模糊，由有限的换能器孔径引起的这些自旋模糊伪影是声波在换能器区域上的空间平均的结果，这导致检测到的信号中出现时间拖尾，这会在重建图像中转化为空间拖尾。理论分析表明，对于传统的环形或球形扫描，换能器的带宽固有地限制了图像分辨率，并且切向分辨率与离旋转中心的距离成正比，并等于换能器探测面孔径尺寸。目前，光声层析成像的研究已经开发出许多高级算法来改善切向分辨率，这些算法大部分是基于模型的，通过解决换能器的几何和其他声学特性以改善切向分辨率；然而，这些方法很复杂，需要大量的数值来进行大的矩阵计算。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法，该基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法相对于现有的算法通过延长反投影距离来匹配探头尺寸，有效快速地恢复有限尺寸平面换能器CSPAT图像的切向畸变，改善其切向分辨率，从而得到全方位的高分辨光声计算机层析成像结果。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法，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Pi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