[发明专利]一种适用于声速不均匀介质的光声断层成像方法

说明书

本发明具体涉及一种适用于声速不均匀介质的光声断层成像方法，包括：根据目标体半径为r₀确定换能器扫描半径r_d≥4r₀；换能器阵列的探测步长小于等于3°；激光器为脉宽为8ns的Nd:YAG脉冲激光器；激光器照射目标体，目标体经激光照射后，换能器阵列接收反射的光声信号；从第n个光声信号开始，每个光声信号与其相邻的光声信号进行时延处理，将时延依次代入公式运算求出相关系数，找出中最大值对应的值，进行迭代运算，当迭代停止时，得到每个光声信号的最优声速；将最优声速代入延迟叠加DAS算法中，便能够重构出光声断层图像。本方法可有效提高光声断层成像质量。

技术领域

本发明属于生物医学及超声检测领域，具体涉及一种适用于声速不均匀介质的光声断层成像方法。

背景技术

光声断层成像是一种综合了光学成像和超声成像优点的新型生物医学成像技术，其具有光学成像对比度高和超声成像能在组织深处获取高分辨率图像的特点。所谓光声效应，即生物组织在接收激光脉冲照射时，其内部的光吸收体会吸收光波能量并将其转化为热能，随后由于热胀冷缩向外激发超声波，被激发的超声波称为光声信号。光声断层成像利用布置在被成像物体周围的探测器阵列接收光声信号，并利用特定的成像算法重构物体内部的光吸收系数分布图像，简称光声图像。目前，绝大多数的光声断层成像算法采用的是延迟叠加(DAS)算法,其要求将每个换能器探测到的光声信号传播速度代入计算。一般情况下，人们无法获得被测组织的准确声速，故通常假设各换能器接到到的光声信号以某一恒定速度传播，即假设被测对象是声速均匀分布的，例如：在对软组织进行成像时，常常假设声速为1500m/s。但是，实际生物组织的声速分布都是不均匀的，实际声速和假设声速之间的偏差会造成光声断层成像图像畸变，噪声增加，甚至完全无法获得有效信息。

基于此，需要一种方法先能够准确获取各换能器接到到的光声信号的介质声速，然后将准确的介质声速代入延迟叠加(DAS)算法中，即可有效获得光声断层图像，相比于传统的DAS成像方法，本方案可有效提升光声断层图像质量。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

为了解决上述技术问题，本发明提出一种适用于声速不均匀介质的光声断层成像方法，本方法中利用环形换能器阵列扫描半径大于成像区域半径的4倍，并且阵列中的各个换能器单元布置到预设的紧密程度时，相邻的两个换能器单元探测到的光声信号具有高度的相关性，并且波形的相关性中含有关于介质声速的信息的特点；本发明设计的一种迭代算法，可以有效获得阵列中各换能器单元获得的光声信号的准确声速；最后将计算得到的各光声信号的声速代入延迟叠(DAS)算法中，即可有效获得光声断层图像，相比于传统DAS成像算法，本方案可有效提升光声断层图像质量。

2.技术方案：

一种适用于声速不均匀介质的光声断层成像方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：根据实际需要在样品上设置一圆形成像区域，并根据成像区域的尺寸，确定环形换能器阵列尺寸；具体为若成像区域半径为r₀，所述换能器阵列扫描半径为r_d，则r_d≥4r₀；同时，成像区域应位于换能器阵列的中心位置。

步骤二：所述换能器阵列中各换能器单元呈等间距布置，且相邻两个换能器单元间距小于等于3°。

步骤三：确定激光器；所述激光器为脉宽为8ns的Nd:YAG脉冲激光器，其脉冲能量调整至80mJ,激光脉冲经准直、扩束后产生的圆形光斑大小与成像区域相同，并覆盖成像区域。

步骤四：激光器照射目标体，目标体经激光照射后，所述目标体中的光吸收体发出光声信号，并被换能器阵列接收，将各个换能器单元接收到的光声信号记为：p(1,t)、p(2,t),、……，p(n,t),；其中n表示各个换能器对应的编号；所述换能器接收到的光声信号为一时间序列，t表示时间。