[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于有限尺寸平面换能器的光声层析成像重建算法，其特征在于，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，即其中，实际超声换能器距离成像目标为R，收到的超声脉冲信号所需时间为t，成像目标图像处的像素点与第i个实际超声换能器Pi的距离为R(x,y,Pi)，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(R(x,y,Pi)/v)，v为超声在介质中的传播速度；5)设置虚拟超声换能器与实际超声换能器之间的距离值为L，图像处的像素点距离虚拟超声换能器的距离为R′＝R+L，则处像素点的图像值等于各个虚拟超声换能器收到处像素点的信号值的叠加，即其中，图像处的像素点距离第i个虚拟超声换能器Pi′的距离为R′(x,y,Pi′)，成像目标图像处的像素点对应的实际超声换能器Pi的信号值变为Si[(R′(x,y,Pi′)‑L)/v]；6)将图像处的像素点与第i个虚拟超声换能器Pi′的距离的极坐标转换成直角坐标,则式(2)变为：其中，R是实际超声换能器扫描轨迹的直径，N是实际超声换能器的数量，Si(t)是由第i处实际超声换能器接收的信号值，θi是第i个实际超声换能器位置的角坐标，v为超声在介质中的传播速度，R+L为虚拟超声换能器扫描轨迹的直径；7)根据向量减法及距离公式，则成像目标的图像重建算法公式如下：其中，I为图像处重建后的图像值，n为环形超声换能器阵列的扫描位置数，S_i(t)为第i个实际超声换能器收到的信号值，为第i个实际超声换能器的位置，L为虚拟超声换能器与实际超声换能器之间的距离值，v为超声在介质中的传播速度。