[发明专利]一种光声内窥成像图像重建方法及系统

权利要求书

1.一种光声内窥成像图像重建方法，其特征在于，包括：

根据前向仿真法确定生物腔体组织在短脉冲激光照射下产生的光声信号的光声信号理论值；

获取超声探测器在所述生物腔体组织内采集的光声信号的光声信号测量值；

根据所述光声信号理论值以及所述光声信号测量值构建目标函数；所述目标函数包括光吸收系数分布的非线性最小二乘函数以及声速分布的非线性最小二乘函数；

根据所述目标函数重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像；所述光声内窥成像图像包括光吸收系数分布图以及声速分布图；所述根据所述目标函数重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像，具体包括：

根据公式确定所述光吸收系数分布的非线性最小二乘函数的二次近似函数；其中，X、Y为二次近似函数Q_L(X,Y)中的定点；f(Y)为用定点Y表示的f(μ_a,k-1(r))，f(μ_a,k-1(r))＝||p_m(r,t)-p(r,μ_a,k-1(r),c_s,k-1(r))||²，r为生物腔体组织的横截面所在的θ-l平面极坐标系中的一点；θ为θ-l平面极坐标系的极角；l为θ-l平面极坐标系的极径；p_m(r,t)为位置r处、时刻t的光声信号的测量值；μ_a,k-1(r)为第k-1次迭代后得到的位置r处的光吸收系数；c_s,k-1(r)为第k-1次迭代后得到的位置r处的声速；p(r,μ_a,k-1(r),c_s,k-1(r))为光吸收系数为μ_a,k-1(r)、声速为c_s,k-1(r)的情况下，前向仿真出的光声信号的理论值；▽f(Y)为f(Y)的梯度；L为迭代步长；X-Y,▽f(Y)为X-Y和▽f(Y)的内积；η为TV正则化参数；

根据所述二次近似函数确定第k次迭代后位置r处的光吸收系数；

根据所述声速分布的非线性最小二乘函数计算第k-1次迭代后得到的位置r处的声速的修正值；

根据所述修正值确定第k次迭代后位置r处的声速；

根据所述第k次迭代后位置r处的光吸收系数以及所述第k次迭代后位置r处的声速重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像；

所述根据所述第k次迭代后位置r处的光吸收系数以及所述第k次迭代后位置r处的声速重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像之前，还包括：

获取光吸收系数的收敛公差以及声速分布的收敛公差；

计算第k-1次迭代后位置r处的光吸收系数以及第k-1次迭代后位置r处的声速；

计算所述第k次迭代后位置r处的光吸收系数以及所述第k-1次迭代后位置r处的光吸收系数之差的光吸收系数绝对值；

计算所述第k次迭代后位置r处的声速以及所述第k-1次迭代后位置r处的声速之差的声速绝对值；

判断所述光吸收系数绝对值是否小于等于所述光吸收系数的收敛公差，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示为所述光吸收系数绝对值小于等于所述光吸收系数的收敛公差，判断所述声速绝对值是否小于等于所述声速分布的收敛公差，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示为所述声速绝对值小于等于所述声速分布的收敛公差，根据所述第k次迭代后位置r处的光吸收系数以及所述第k次迭代后位置r处的声速重建所述生物腔体组织的横截面上的光声内窥成像图像。

2.根据权利要求1所述的光声内窥成像图像重建方法，其特征在于，所述根据前向仿真法确定生物腔体组织在短脉冲激光照射下产生的光声信号的光声信号理论值，具体包括：

利用准直光源模型确定在所述生物腔体组织的边界处含有光源项的辐射传输方程的扩散近似方程；

根据所述扩散近似方程，利用时域有限差分算法确定光吸收能量理论值；

根据所述光吸收能量理论值确定所述生物腔体组织在短脉冲激光照射下产生的光声信号的光声信号理论值。