一种通过光声成像选取最佳声速组优化超声成像的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光声成像和超声成像的图像重建领域，特别是一种通过光声成像选取 最佳声速组优化超声成像的方法。
【背景技术】
[0002] 用于医学诊断的超声成像具有安全、设备比其他影像诊断方法简单、价格便宜、能 够区分不同的软组织等优点，是超声技术最主要的应用之一。大部分临床超声成像系统应 用的是预置声波速度成像，也就是声波在人体实质性组织脏器中的传播速度，约为1540m/ s，然而在超声波束的发射与接收过程中由于人体组织组成成分与温度的不同超声波的实 际传播声速是各不相同的。这种声速误差，特别是接收声波的声速误差，会导致超声图像的 分辨率与对比度降低。在医疗成像中，系统声速与组织声速的不匹配会造成分辨率下降、图 像模糊，进而影响医生的诊断。
[0003]光声成像是近年来新兴发展的一种无损医学成像方法，可以提供高分辨率和高对 比度的组织成像。它是一种结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度 特性的优点，可以提供高对比度和高分辨率的组织影像，为研究生物组织的结构形态、生理 特征、代谢功能、病例特征等提供了重要手段，在生物医学临床诊断以及在体组织结构和功 能成像领域具有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0004]发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对内部结构组织中不同介质的传播声 速不同的问题，通过预置声速的超声成像粗略估计被测组织内部结构，结合光声成像和评 价标准，选取最佳声速，从而重建出质量更高的图像。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明公开了一种通过光声成像选取最佳声速组优化超 声成像的方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一，在光声成像的设备系统中用激光器发射激光；
[0007]步骤二，传感器接收吸收点发出的光声信号；
[0008]步骤三，在超声成像的设备系统中用超声传感器发射超声波照射组织；
[0009]步骤四，传感器接收组织发出的超声波信号；
[0010] 步骤五，根据超声成像粗略测量内部结构的尺寸并根据组织结构的特点设置声速 组的初始值和搜索范围以及步长；
[0011] 步骤六，用时域反投影算法重建光声图像；
[0012] 步骤七，根据聚焦程度的评价标准选取当前最佳声速并调整搜索范围和步长；
[0013]步骤八，根据评价标准选取最佳声速并实现对吸收点的聚焦；
[0014]步骤九，根据得到的最佳声速优化超声重建图像。
[0015] 本发明中，优选的，步骤一所采用的光声成像系统中，受照射的组织产生光声效 应，满足方程
[0017]其中p(r，t)为声压，H(r，t)为入射激光在成像区域激发的热源函数，H(r，t)=A(r)I(t)，A(r)是组织的光吸收分布，I(t)为照射光强，β为热膨胀系数，Cp为比热容，c 是经验声速，激光打到吸收点和传感器开始接收信号几乎为同时进行。
[0018]本发明中，优选的，步骤二所采用的传感器紧贴被测组织，传感器前端为声波透 镜，使得经光声效应产生的超声波有一定的汇聚作用，传感器个数越多，采集的信号越多， 重建图像的质量也越高。
[0019] 本发明中，优选的，步骤三所采用的超声成像系统是与光声系统相结合的成像系 统，具体的说就是该系统既可以完成光声图像的重建也可以完成超声图像的重建，该系统 使用的传感器（超声换能器）既可以接收超声波也可以发射超声波的同时接收超声波。
[0020] 本发明中，优选的，步骤四所采用的传感器与步骤二的传感器一致，同样紧贴被测 组织，传感器前端为声波透镜；同样的，传感器个数越多，采集的信号越多，重建图像的质量 也越尚。
[0021] 本发明中，优选的，步骤五所测量到的内部结构尺寸是测量预置系统声速超声重 建的图像得到的，可以粗略的估计被测组织内部结构的分布以及尺寸大小；根据被测组织 内部结构的特点来设置声速组的初始值的数量和数值，以及声速的搜索范围和搜索步长， 声速搜索的参考范围；1450m/s(脂肪）至1650m/s(结缔组织）。
[0022] 本发明中，优选的，步骤六中重建采用的算法是时域反投影算法。在光声重建中， 应用的比较多的算法是反投影重建算法和延时求和算法，反投影重建算法是对于光声信号 的时间导数进行加权求和，而延时求和算法是对于光声信号直接求和。相比于延时求和算 法，时域反投影算法可以计算出光声信号传播到每一个传感器单元所需的时间，传播时间 由信号传播路径中组织结构的传播声速决定。
[0023]本发明中，优选的，步骤七中聚焦的概念与超声中聚焦的概念类似，图像中达到聚 焦的部分一般成像的质量最高，能量最高，对比度高。聚焦评价的标准的选择根据声速组的 搜索范围以及步长和重建图像的特点而定，一般聚焦部分具有较高的能量，较高的对比度， 较高的分辨率，故可以采用能量法和对比度法来检测聚焦程度，来逐渐精确声速组的搜索 范围和搜索步长，从而使得选取最佳声速的过程趋于收敛。
[0024]本发明中，优选的，步骤八中选取最佳声速的过程是趋于收敛的过程，具体说就是 通过比较在不同声速组的条件下光声重建图像在吸收点位置的聚焦程度，选取对于每个吸 收点聚焦程度都为比较好的那幅图像对应的声速组作为最佳声速组。
[0025]本发明中，优选的，步骤九中的超声成像是指将由光声成像选取的最佳声速组代 入预置系统声速组中，重建出对比度更好、分辨率更高、结构信息更明确的超声图像。如果 需要得到更为清晰的超声成像，可以在步骤九的基础上重复步骤五至步骤九。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明方法的流程图。
[0027]图2是本发明方法中装置摆放图。
[0028]图3是本发明方法中选取声速的示意图。
【具体实施方式】
[0029] 本发明结合光声成像和粗略的被测组织内部结构尺寸，通过对聚焦程度的评价标 准选取由时域反投影算法重建的图像对应的最佳声速组，然后代入超声重建得到优化的超 声成像结果。
[0030] 如图1所示，本发明公开了一种通过光声成像选取最佳声速组优化超声成像的方 法，包括以下步骤：
[0031] 步骤一，在光声成像的设备系统中用激光器发射激光；
[0032] 步骤二，传感器接收吸收点发出的光声信号；
[0033] 步骤三，在超声成像的设备系统中用超声传感器发射超声波照射组织；
[0034] 步骤四，传感器接收组织发出的超声波信号；
[0035] 步骤五，根据超声成像粗略测量内部结构的尺寸并根据组织结构的特点设置声速 组的初始值和搜索范围以及步长；
[0036] 步骤六，用时域反投影算法重建光声图像；
[0037] 步骤七，根据聚焦程度的评价标准选取当前最佳声速并调整搜索范围和步长；
[0038] 步骤八，根据评价标准选取最佳声速并实现对吸收点的聚焦；
[0039] 步骤九，根据得到的最佳声速优化超声重建图像。
[0040] 本发明中，步骤一，所采用的光声成像系统中，激光器发出的激光的工作波长范围 在532至1064nm，激光器的功率约为20mJ/cm2。激光照射被测组织下方的吸收点。传感器 紧贴被测组织放置，传感器所在平面一般与激光所在平面垂直。
[0041] 本发明中，步骤二，传感器接收步骤一中光声效应产生的超声波，超声波经过探头 中的声波透镜到达传感器，声压强度被记录。所用的超声传感器越多，重建出图像的分辨率 越高。传感器的排列方式为线型。假设传感器数目为N，记录第k路传感器由公式（1)