[发明专利]定量成像系统和其用途

权利要求书

1.一种定量断层摄影系统，所述系统包括：

激光器，所述激光器配置成以红色至近红外光谱范围内的波长发射激光瞬时脉冲，所述激光器能够以波长循环模式操作；

光纤束，所述光纤束配置成将所述激光瞬时脉冲以最大传输递送至整个感兴趣组织区域；

成像模块，所述成像模块包括：

成像罐，所述成像罐具有对应于所述感兴趣组织区域的形状；

超宽带超声换能器的至少一个光声阵列，所述超宽带超声换能器的至少一个光声阵列配置成检测由所述激光瞬时脉冲在所述感兴趣组织区域中所生成的超宽带超声频率内的超声信号；

超声换能器的至少一个超声阵列，所述超声换能器的至少一个超声阵列配置成将超声脉冲传输至所述组织区域中并且检测反射自或传输通过所述组织区域的超声信号；和

耦合介质，所述耦合介质填充所述成像罐，并且所述激光瞬时脉冲和所述超声脉冲传输通过所述耦合介质；

多通道电子数据采集系统，所述多通道电子数据采集系统包括模拟前置放大器、模数转换器和数字数据存储装置以及处理和传输板，所述数据采集系统由一个或多个现场可编程门阵列微处理器进行控制；

计算机，所述计算机与所述多通道电子数据采集系统电子通信并且包括多核中央处理单元(CPU)和多核图形处理单元(GPU)并且有形地存储软件，所述软件配置成控制所述CPU和所述GPU以用于系统控制、信号处理、图像重建和图像融合；和

高分辨率显示器，所述高分辨率显示器电子地连接至所述计算机以将所述重建图像呈现至所述定量断层摄影系统的操作者。

2.根据权利要求1所述的系统，其中波长的所述红色和近红外光谱范围为约650nm至约1250nm。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述波长循环模式为所述红色至近红外光谱范围内的两个或三个波长。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述两个循环波长为757nm和850nm。

5.根据权利要求3所述的系统，其中所述三个循环波长为757nm、800nm和850nm，或757nm、800nm和1064nm。

6.根据权利要求1所述的系统，其中阵列中的所述超宽带超声换能器检测50kHz至6MHz的超宽带内的超声信号。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述超宽超声换能器的光声阵列和所述超声换能器的超声阵列组合成一个阵列。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述成像模块中的所述成像罐具有球形表面形状或圆柱形状。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述感兴趣组织区域为乳腺组织的区域。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述软件使得处理器可执行指令能够用于信号处理和图像处理以产生所述感兴趣组织体积或解剖结构内的定量分子浓度或功能参数的图像，所述指令配置成：

a.利用所述超宽带超声换能器的声电和空间脉冲响应函数的反卷积，从所述检测光声信号恢复由所述瞬时激光脉冲在所述组织区域中所生成的光声信号的原始轮廓；

b.利用以全视图几何形状所采集的完整数据集，经由严格直接算法或迭代算法重建所述组织区域的3D光声断层摄影图像；

c.通过均衡所有表面体素的图像亮度，使入射光学注量在所述组织区域的表面上的分布规一化；

d.通过补偿有效光学衰减，使穿过所述整个组织区域的所述入射光学注量的分布规一化；

e.在穿过所述组织区域的所述入射光学注量的归一化之后，将光学吸收系数的图像显示于在所述组织区域中所吸收的光学能量的光声图像上；

f.产生以两个或三个循环激光波长所采集的融合光声图像以获得定量功能或分子图像；和

g.采集所述组织区域内的声速分布的图像，所述声速分布的图像用于改善融合光声图像或超声反射和衰减图像的对比度和分辨率。