[发明专利]一种光声内窥成像图像重建方法及系统

说明书

本发明公开了一种光声内窥成像图像重建方法及系统。所述重建方法包括：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。采用本发明所提供的重建方法及系统能够提高光声内窥成像图像重建精确度。

技术领域

本发明涉及医学成像领域，特别是涉及一种光声内窥成像图像重建方法及系统。

背景技术

生物光声内窥(Photoacoustic endoscopy,PAE)成像是一种新型的非电离式生物医学功能成像方法，它结合了超声成像的高分辨率和光学成像的高对比度的优势。生物腔体组织在短脉冲激光的照射下产生光声信号，其幅值与入射光的强度成正比，其特性由组织的光吸收特性决定，通过采用合适的算法可从超声探测器采集的声压时间序列中反演重建出腔体横截面上组织的初始声压分布或者光吸收分布图，反映腔体组织的形态结构。在此基础上，还可重建组织的光学参数(主要是光吸收系数和散射系数)分布图，反映组织的功能成分。

在PAE图像重建的过程中，为了简化问题，通常假设超声波在待测组织内的传播速度是恒定的或者是均匀分布的。但在实际应用中，超声波在不同组织中传播的速度存在较大差异，考虑到生物组织的复杂性，超声波在不同生物组织成分中的传播速度是不同的。例如冠状动脉血管包括内腔、管壁内膜/中膜、管壁外膜和粥样硬化斑块等，每一层的成分都不同，而含有病变组织的腔体的组织成份更是多样化的，所以很难准确估计超声波在不同成分组织中传播时的声速分布。因此，声速恒定的假设会导致重建PAE成像图像中存在严重的声学畸变、伪影、模糊以及目标错位等问题，进而导致PAE成像图像重建精确度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种光声内窥成像图像重建方法及系统，以解决PAE成像图像重建精确度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种光声内窥成像图像重建方法，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。

可选的，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。

可选的，所述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，具体包括：