一种光声成像方法、计算机设备、系统以及存储介质与流程

[0001]
本申请涉及医学成像技术领域，特别是涉及一种光声成像方法、计算机设备、系统以及存储介质。


背景技术：

[0002]
光声成像(photoacoustic imaging,pai)是近年来发展较快的一种生物医学影像技术。其原理主要基于光声效应(photoacoustic effect)，即物质吸收经调制的光或者脉冲光后，部分光能转化为热能，由于热弹性效应，物质膨胀，使吸收体介质周期性的胀缩从而产生超声波。其中光声成像技术的研究可以分为以下三个方向：光声显微成像(photoacoustic microscopy,pam)、光声计算层析成像(photoacoustic computed tomography,pact)、光声内窥成像(photoacoustic endoscopy,pae)。
[0003]
光声显微成像系统(pam)一般是将调制好的激发光耦合到成像光声探头中，再通过探头产生激发光打到样品上，样品吸收能量产生超声回波，并被探头里的超声换能器接收，此时产生一个单点的光声信号，然后再由位移平台带动光声探头或者样品进行移动扫描，位移平台根据需求有二维、三维甚至更高维度的成像系统。目前系统的扫描方案有两大类：第一类是传统机械扫描，采用电机丝杆平移台，驱动成像探头平移扫描；第二类是光学扫描，如振镜光学扫描和多面转镜扫描。光学扫描基本原理是：激发光照射到振镜/多面转镜的反射镜面上，通过反射镜面反射到样品上，当振镜/多面转镜转动时，反射镜面反射角度改变，通过反射镜面反射到样品上的激发光会随振镜/多面转镜的转动而移动进行扫描。其中，振镜只有一个反射镜面，反射镜面在限定的角度来回摆动，一来一回对被测物体进行逐点扫描；多面转镜则是多个反射镜形成一个多面体，多面转镜只往一个方向进行转动，其扫描速度、扫描范围都优于振镜扫描，且由于多面转镜扫描过程中不需要换向，没有频繁的加减速，整个扫描过程转速都会稳定在一个范围。
[0004]
目前的光声显微成像系统有两个运动维度，第一个维度是通过微型旋转电机驱动多面转镜或振镜转动进行光学扫描，此为快轴也一般称为bscan，每个反射镜面的一次扫描称为一次bscan，一次bscan产生一组一维光声信号；第二个维度为慢轴，是利用平移台带动被测样品移动，以达到全面大视场的扫描，从而能够获取多组一维光声信号，多组一维光声信号拼接起来得到被测样品的二维扫描光声信号图像，光声信号图像经过图像重建得到被测样品扫描图像。现阶段由于多面转镜和振镜的转动周期以及转动速度不恒定，易使多组光声信号不能良好对应，从而使得拼接得到的图像质量低。


技术实现要素：

[0005]
本申请主要提供一种光声成像方法、计算机设备、系统以及存储介质，能够解决现有技术中光声显微成像中光声信号拼接易出现错位现象的问题。
[0006]
为解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种光声成像方法，该方法包括：获取连续的多组光声信号；其中，所述光声信号是通过扫描反射镜反射激光信号至被测组织，
并由所述被测组织产生得到；获取所述扫描反射镜的转动角度信息；根据所述转动角度信息将多组所述光声信号进行拼接，以使所述多组光声信号基于所述转动角度信息进行对齐；对拼接得到的信号图像进行重建，得到所述被测组织的扫描图像。
[0007]
其中，所述转动角度信息包括所述扫描反射镜在转动过程中对应的多个角度值；所述根据所述转动角度信息将多组所述光声信号进行拼接，包括：在所述多个角度值中选择至少一个转动角度值作为特征角度值；以所述特征角度值为基准，将多组所述光声信号进行拼接。
[0008]
其中，所述获取所述扫描反射镜的转动角度信息，包括：获取与所述光声信号同步的反馈超声信号，以所述反馈超声信号的深度信息作为所述扫描反射镜的转动角度信息；其中，所述反馈超声信号是与所述激光信号同路径投射到所述被测组织的超声信号被被测组织反射得到。
[0009]
其中，所述根据所述转动角度信息将多组所述光声信号进行拼接，包括：选取所述反馈超声信号中的至少一个深度信息特征点；根据所述深度信息特征点，将多组所述光声信号进行拼接。
[0010]
其中，所述方法还包括：将满足预设深度信息的超声信号作为所述深度信息特征点；将多组光声信号基于满足所述预设深度信息的超声信号进行拼接。
[0011]
其中，所述方法还包括：生成所述反馈超声信号的深度信息图像，每组所述光声信号对应的超声信号的深度信息图像呈弧形分布；以所述深度信息图像中的最高点作为所述深度信息特征点；将所述多组光声信号基于所述深度信息图像的最高点进行拼接。
[0012]
为解决上述技术问题，本申请第二方面提供了一种计算机设备，包括相互耦接的处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序，以实现上述第一方面提供的光声成像方法。
[0013]
为解决上述技术问题，本申请第三方面提供了一种光声成像系统，所述系统包括：检测平台，用于放置被测组织；光声成像设备，用于发射激光信号至所述被测组织，并接收所述被测组织产生的光声信号；计算机设备，连接所述检测平台和所述光声成像设备，用于控制所述检测平台移动，以及采用如上述第一方面提供的光声方法对所述光声信号进行处理，得到所述被测组织的扫描图像。
[0014]
其中，所述光声成像设备包括：激光器，用于发射激光信号；光路反射镜，用于反射所述激光信号，以改变所述激光信号的传播方向；物镜，用于将所述光路反射镜反射的所述激光信号聚焦；超声换能器，用于发射超声信号，以使所述超声信号与所述激光信号同步作用于所述被测组织，并接收产生的光声信号及反射的超声信号；光声耦合棱镜，用于反射所述激光信号并透过所述超声信号，以使所述激光信号和所述超声信号共轴；声透镜，用于聚焦所述超声信号；扫描反射镜，用于反射所述激光信号和超声信号，以将所述激光信号和超声信号投射到所述被测组织，并将产生的光声信号和反射的超声信号反射至所述超声换能器。
[0015]
其中，所述扫描反射镜为振镜或多面转镜。
[0016]
为解决上述技术问题，本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述第一方面提供的光声成像方法。
[0017]
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请获取多组光声信号对应的反射镜转动角度信息，多组光声信号的拼接利用反射镜的转动角度信息进行，也就是说，可以让在反射镜同一转动角度获取到的光声信号进行对齐，再拼接到一起，使得对应转动角度的光声信号相对应，能够降低因拼接参差不齐导致图像出现交错，而导致最终得到的扫描图像与被测组织的真实样貌出现偏差。
附图说明
[0018]
图1是本申请光声成像系统一实施例的结构示意图；
[0019]
图2是本申请光声成像系统的成像原理一实施例的示意图；
[0020]
图3是本申请光声成像系统的成像原理又一实施例的示意图；
[0021]
图4是本申请光声成像方法一实施例的流程示意框图；
[0022]
图5是本申请反馈超声信号的深度信息图像示意图；
[0023]
图6是本申请获取的多组光声信号及其对应的多组反馈超声信号图像示意图；
[0024]
图7是本申请利用反馈超声信号将多组光声信号进行对齐拼接的示意图；
[0025]
图8a是本申请多组光声信号校正前拼接一实施例的黑胶带边缘实验图；
[0026]
图8b是本申请多组光声信号校正后拼接一实施例的黑胶带边缘实验图；
[0027]
图9a是本申请多组光声信号校正前拼接一实施例的钨丝仿体实验图；
[0028]
图9b是本申请多组光声信号校正后拼接一实施例的钨丝仿体实验图；
[0029]
图10是本申请计算设备一实施例的电路结构示意框图；
[0030]
图11是本申请计算机可读存储介质一实施例的电路结构示意框图。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0032]
本申请中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，术语“包括”和“具有”以及他们任何形变，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0033]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解是，本文所描述的实施例可以与其他实施例结合。
[0034]
请参阅图1的光声成像系统，图1为本申请光声成像系统一实施例的结构示意图。光声成像系统10包括：光声成像设备11、检测平台12以及计算机设备13。
[0035]
其中，检测平台12用于放置被测组织14；光声成像设备11用于发射激光信号至被
测组织14，并接收被测组织14产生的光声信号；计算机设备13连接检测平台12和光声成像设备11，用于控制检测平台12移动，以及对光声信号进行处理，以得到所述被测组织14的扫描图像。
[0036]
具体而言，光声成像系统10的成像原理是通过发射激光信号至被测组织14，被测组织14经过光吸收后产生光声信号，光声成像设备11中的超声换能器接收光声信号，计算机设备13利用光声信号进行重建，将被测组织14对光的吸收特征转化为可视图像，得到扫描图像。
[0037]
在一实施例中，光声成像设备11可以包括：激光器111、光路反射镜112、物镜113、超声换能器114、光声耦合棱镜115、声透镜116以及扫描反射镜117。其中，激光器111用于发射激光信号；光路反射镜112用于反射激光信号，以改变激光信号的传播方向；物镜113用于将光路反射镜112反射的激光信号聚焦；超声换能器114用于发射超声信号，以使超声信号与激光信号同步作用于被测组织14，超声换能器114还用于接收产生的光声信号及反射的超声信号；光声耦合棱镜115用于反射所述激光信号并透过所述超声信号，以使激光信号和超声信号共轴；声透镜116用于聚焦超声信号；扫描反射镜117用于反射激光信号和超声信号，以将激光信号和超声信号投射到被测组织14，并将产生的光声信号和反射的超声信号反射至超声换能器114。
[0038]
扫描反射镜117可以是振镜或多面转镜。其中，振镜只有一个反射镜面，这个反射镜面在限定的角度来回摆动，一来一回对被测组织14进行逐点扫描；多面转镜则是多个反射镜面形成一个多面体，多面转镜只往一个方向转动，每个反射镜面轮流作为有效反射镜面对激光信号进行反射，对被测组织14进行扫描。
[0039]
以图2的扫描反射镜117是多面转镜为例，对本实施例的光声成像系统10的成像原理进行简要说明。扫描反射镜117由旋转电机(未在图中示出)控制沿逆时针转动，随着多面转镜的转动，多面转镜的反射镜面对激光信号进行反射，使得激光信号可以投射到被测组织14，其有效扫描区域为区域m，s为中心投射位置，在中心投射位置s处，激光信号垂直投射到被测组织14上。
[0040]
请结合参阅图3，图3所示为将被测组织14放置于检测平台12的状态，其中，+x为快轴扫描方向，+y或-y为慢轴扫描方向，扫描反射镜117的其中一个反射镜面作为有效反射镜面时，激光信号从-x的方向向+x方向进行扫描，可以进行一次bscan，获得一组一维光声信号。计算机设备控制检测平台12向垂直于bscan的方向(即图中所示的+y或-y方向)移动，以带动放置于检测平台12上的被测组织14向垂直于bscan的方向移动，这样，随着检测平台12的移动和扫描反射镜117的转动，可以实现对被测组织14的二维扫描，计算机设备13就能获取多组一维光声信号。类似地，振镜则是以一来一回的方式进行扫描，以+x方向和-x方向交替作为快轴扫描方向，以+y方向或-y方向为慢轴扫描方向，激光信号可以从-x的方向向+x方向进行扫描，进行一次bscan，获得一组一维光声信号，然后从+x的方向向-x方向进行扫描，进行一次bscan，再获得一组一维光声信号，这样，随着检测平台12向+y或-y的方向运动，可以实现对被测组织14的二维扫描，从而就能获取多组一维光声信号。
[0041]
计算机设备13利用算法程序将获得的多组一维光声信号拼接起来，得到二维光声信号图，此光声信号图带有被测组织14对激光信号的吸收特征信息，对光声信号图进行重建就能得到被测组织14的扫描图像。
[0042]
可选地，多组一维光声信号可以依据扫描反射镜117的转动角度进行拼接。具体请参阅图4，图4为本申请光声成像方法一实施例的流程示意框图，包括以下步骤：
[0043]
s21，获取连续的多组光声信号。
[0044]
可以利用上述实施例中的光声成像系统10对被测组织14进行扫描，进而获取多组光声信号。其中，光声信号是激光信号被扫描反射镜117反射至被测组织14，并由被测组织14进行光吸收后产生，再由扫描反射镜117反射至超声换能器114得到，其带有被测组织14对光的吸收特征。
[0045]
s22，获取扫描反射镜的转动角度信息。
[0046]
其中，转动角度信息包括扫描反射镜117在转动过程中对应的多个角度值。
[0047]
可选地，每次获取光声信号时，获取光声信号对应的扫描反射镜117转动角度信息，即，每次获取光声信号则获取一对应的扫描反射镜117转动角度值。
[0048]
可选地，获取与所述光声信号同步的反馈超声信号，以反馈超声信号的深度信息作为扫描反射镜117的转动角度信息，其中，反馈超声信号是与激光信号同路径投射到被测组织14的超声信号被被测组织14反射得到。具体地，可以利用超声收发仪控制超声换能器114发出与激光信号同步的超声信号，这样，超声换能器114每次能够获得光声信号以及对应的反馈超声信号，反馈超声信号的深度信息即可反映扫描反射镜117的转动角度信息。可选地，可以控制超声换能器114相对于激光信号延迟发射，这样，计算机设备13每次获取到一对光声信号和反馈超声信号时，能通过时间上的延迟分辨出光声信号和反馈超声信号。
[0049]
具体而言，请继续参阅图2，由于超声信号在区域m中的投射位置不同，越远离中心投射位置s的，由于投射距离越远，反馈超声信号的成像深度越浅，越靠近中心投射位置s的，由于投射距离越近，反馈超声信号的成像深度越深，因此，反馈超声信号的深度信息可以用来表征扫描反射镜117的转动角度信息。
[0050]
s23，根据转动角度信息将多组光声信号进行拼接，以使多组光声信号基于转动角度信息进行对齐。
[0051]
可选地，在多个角度值中选择至少一个转动角度值作为特征角度值，以特征角度值为基准，将多组光声信号进行拼接。具体而言，获取的每组光声信号中包括多个光声信号，每个光声信号对应一扫描反射镜117的转动角度值，将多组光声信号按照转动角度值进行拼接，使得对应同一角度的光声信号能够对应起来。避免拼接错位导致图像错位，提高图像质量。
[0052]
在一实施例中，可以选取反馈超声信号中的至少一个深度信息特征点，并根据深度信息特征点，将多组所述光声信号进行拼接。
[0053]
具体地，可以生成反馈超声信号的深度信息图像，请参阅5，图5是本申请反馈超声信号的深度信息图像示意图，示出了一组反馈超声信号的深度信息图像以及深度信息图像与区域m之间的对应关系，每组反馈超声信号的深度信息图像均呈弧形分布，且深度最深的反馈超声信号p对应中心投射位置s，也就是说，超声信号垂直投射在被测组织14上时，反馈超声信号的深度最深，对应于深度信息图像的弧形最高点p。
[0054]
请参阅图6，图6是本申请获取的多组光声信号及其对应的多组反馈超声信号图像示意图。获取的多组光声信号可以是{l1,l2,l3,
…
,ln}共n组光声信号，每组包括有限个光声信号，b1,b2,b3,
…
,bn的弧形曲线分别为n组光声信号l1,l2,l3,
…
,ln对应的反馈超声
信号深度信息图像，p1,p2,p3,
…
,pn分别为b1,b2,b3,
…
,bn的最高点，均对应中心投射位置s。研究人员经过长期研究发现，由于多面转镜的制造引起的器件尺寸或多或少误差，以及扫描反射镜117的转动周期以及转动速度无法保持恒定状态，导致光声信号l1,l2,l3,
…
,ln中带有被测组织14有效信息的信号无法很好对应，存在参差不齐的现象。
[0055]
在一实施例中，可以在深度信息图像中选取一深度值作为深度信息特征点。例如，可以预设深度信息值，将满足预设深度信息的超声信号作为深度信息特征点，比如，预设深度信息值为m，则在每组反馈超声信号中选中深度值为m的反馈超声信号，例如图5示出的一组反馈超声信号中，以m1和m2为深度信息特征点，类似地可以选出每组反馈超声信号中的深度信息特征点，以选出的深度信息特征点为基准，将对应的n组光声信号{l1,l2,l3
…
,ln}进行拼接，从而使得对应扫描反射镜117相同转动角度的光声信号对齐。
[0056]
其中，每组反馈超声信号中若选出多个深度信息特征点，可以其中的一个深度信息特征点或多个深度信息特征点为基准，将n组光声信号{l1,l2,l3
…
,ln}进行拼接。
[0057]
可选地，以深度信息图像中的最高点作为深度信息特征点，将多组光声信号进行拼接。具体而言，请继续参阅图7，将p1,p2,p3,
…
,pn作为深度信息特征点，以p1,p2,p3,
…
,pn为基准将多组反馈超声信号b1,b2,b3,
…
,bn对应的光声信号l1,l2,l3,
…
,ln进行拼接。
[0058]
由于最高点p1,p2,p3,
…
,pn为每组反馈超声信号居中位置的信号点，其对应的光声信号也位于相应光声信号序列的居中位置，以p1,p2,p3,
…
,pn为基准进行光声信号的拼接相当于将居中位置的光声信号n1,n2,n3,
…
,nn对齐来进行拼接，可以最大限度地兼顾光声信号的排布，避免因为每组光声信号数量差异造成光声信号在两侧排布不均而造成拼接错位的后果。
[0059]
s24，对拼接得到的光声信号图像进行重建，得到被测组织14的扫描图像。
[0060]
图像重建过程即利用光声信号图像中的光吸收信息来获取被测组织14的扫描图像。扫描图像能够反映出被测组织14的血管分布情况以及软组织的物理特性、形态结构与功能状态等，使得肌肉、血管以及脏器的结构、大小等可视化。
[0061]
请参阅图8a、图8b以及图9a、图9b，图8a、图8b分别是本申请多组光声信号校正前拼接一实施例的黑胶带边缘实验图和校正后拼接一实施例的黑胶带边缘实验图，图9a、图9b分别是本申请多组光声信号校正前拼接一实施例的钨丝仿体实验图和校正后拼接一实施例的钨丝仿体实验图。均能表明校正拼接后的图像整齐度更高，图像质量显著提升。
[0062]
本实施例利用超声换能器114发射超声信号来同步获取扫描反射镜117的转动角度，能够在不对扫描反射镜117进行额外检测的情况下，实时同步获取扫描反射镜117的转动角度，进而对应扫描反射镜117的转动角度进行光声信号的拼接，能够有效减少拼接错位导致图像不清晰甚至图像错位的不良影响。本实施例的光声成像方法能够通过算法校正由于扫描反射镜117的转动速度和转动周期不恒定带来的成像偏差，使得低精度的成像设备也能实现较完整清晰的成像。
[0063]
上述实施例以多面转镜为例进行了说明，本领域技术人员可以知道，振镜的一个转动周期可以获取两组光声信号，循环往复转动便能获取多组光声信号，其有效扫描范围的划定也与多面转镜的扫描相似，因此，振镜的转动角度获取方式也与上述实施例相同，不再进行赘述。
[0064]
请参阅图10，图10为本申请计算机设备13一实施例的电路结构示意框图。计算机
设备13包括相互耦接的处理器131和存储器132中存储有计算机程序，处理器131用于执行计算机程序以实现如上述本申请光声成像方法各实施例的步骤。
[0065]
关于处理执行的各步骤的描述请参照上述本申请光声成像方法实施例的各步骤的描述，在此不再赘述。
[0066]
上述实施例中的光声成像方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中。
[0067]
参阅图11，图11为本申请计算机可读存储介质一实施例的电路结构示意框图，计算机存储介质1000存储有计算机程序1001，计算机程序1001被执行时实现如上述本申请光声成像方法各实施例的步骤。
[0068]
计算机存储介质1000可以是u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0069]
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。