[发明专利]一种光声显微成像的自适应图像重建方法

说明书

技术领域

本发明属于医学成像领域，涉及到光声显微成像的图象重建，特别涉及一种针对生物组织脉管系统进行自适应合成孔径图象重建的光声显微成像方法。

背景技术

血管及其微循环是生物体正常新陈代谢所需营养物质和代谢废物的运输通道。许多世界范围内的恶性疾病如中风、肿瘤的生长、糖尿病、动脉粥样硬化等也都与血管的形态结构变化密切相关。临床上广泛使用的医学成像技术如CT、MRI、PET等都能够对在体血管成像，但是它们要么需要注射外源造影剂，要么不具有高的空间分辨率。

新近出现的光声显微成像技术是一种新型的、无损医学成像技术，它有机结合了纯光学成像的高对比度和纯超声成像的高分辨率优点。能够在完全内源的情况下对在体血管及微循环成像。目前高分辨的光声显微成像技术已广泛用于皮下血管微循环成像、肿瘤新生血管成像、脑皮层血管成像及不同生理时血管的舒张和收缩变化等各个方面。在在体血管光声成像中，血管产生的光声信号是基于血管走向的柱状波超声信号。然而高分辨光声共焦显微成像系统所采用的球面聚焦超声探头具有有限的焦长，系统的侧向分辨率在离焦的情况下会迅速退化。针对这个问题，已经有很多相应的改进方法。其一是是轮廓扫描成像(Hao F.Zhang，Konstantin Maslov and Lihong V.Wang，“Automatic algorithm for skin profile detection in photoacoustic microscopy，”J.Biomed.Opt，14(2)，024050：1-6，2009)。这种方法在成像中耗时大，而且只能保证某些血管处于焦深范围内。另外一种方法是用超声成像或合成孔径雷达中常使用的合成孔径算法来延长聚焦探头的焦长(如美国专利US7944390，4724418，4929950和中国专利201010101410.7，200510060490.5，200410069053.5，200510060491.X)。目前，超声成像上使用的一维的合成孔径图象重建算法能够提高光声显微成像系统一个扫描方向的分辨率和信噪比(C.-K.Liao，M.-L.Li and P.-C.Li，“Optoacoustic imaging with synthetic aperture focusing and coherence weighting，”Opt.Lett，29(21)：2506-2508，2004，Meng-Lin Li，Hao F.Zhang and Konstantin Maslov，“Improved in vivo photoacoustic microscopy based on a virtual-detector concept，”Opt.Lett，31(4)：474-476，2006和Suhyun Park，Andrei B.Karpiouk，Salavat R.Aglyamov and Stanislav Y.Emelianov，“Adaptive beamforming for photoacoustic imaging，”Opt.Lett，33(12)：1291-1293，2008)；二维合成孔径图象重建算法能同时提高两个侧方向上的空间分辨率和信噪比(Zilin Deng，Xiaoquan Yang，Hui Gong and Qingming Luo，“two-dimensional synthetic-aperture focusing technique in photoacoustic microscopy，”J.Appl.Phys 109，104701：1-6，2011)，但是二维合成孔径算法后离焦下光声显微成像的分辨率仍大大低于系统焦点处的分辨率。这主要是由于进行一维和二维合成孔径算法时都有一个潜在的假设前提吸收体吸收光产生的超声信号是球面波，但是实际上无论是碳纤维还是血管成像中产生的信号都是柱状波。超声成像或雷达成像上使用的合成孔径算法不能被直接用来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：为解决生物组织脉管系统在离焦情况下光声显微成像侧向分辨率低的问题，提供的一种针对生物组织脉管系统进行的自适应合成孔径图象重建的光声显微成像方法，本发明针对脉管系统产生光声信号是柱状波的基础，建立依据不同分支脉管系统特征走向进行横截面方向合成孔径的图象重建算法，使离焦情况下脉管系统成像侧向分辨率更高，成像更准确。

一种光声显微成像的自适应图像重建方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)通过光声显微成像系统扫描头的二维扫描移动获取原始生物组织脉管系统的三维光声显微成像数据；