[发明专利]一种用于生物光声内窥成像的光吸收系数重建方法

说明书

一种用于生物光声内窥成像的光吸收系数重建方法，属于医学成像技术领域，其技术方案是，所述方法首先根据超声探测器从各个角度采集的生物腔体组织产生的光声信号重建出光吸收能量分布的测量值；然后通过前向仿真获得光吸收能量分布的理论值；最后根据光吸收能量分布的测量值和理论值构造目标函数，并通过对目标函数进行优化，重建出腔体横截面上组织光吸收系数的空间分布。本发明能够利用生物腔体组织产生的光声信号完整地重建出腔体横截面上组织光吸收系数的空间分布，为疾病的早期诊断提供机体组织变化的准确可靠的参考信息。

技术领域

本发明涉及一种利用生物腔体组织产生的光声信号重建组织光吸收系数空间分布的方法，属于医学成像技术领域。

背景技术

光声层析成像是一种新型的非电离式生物医学功能成像方法，它结合了超声成像的高分辨率和光学成像的高对比度的优势。PAT成像方法的逆问题包括声学和光学两方面：声学逆问题是指根据超声探测器采集到的光声信号(本质是超声波)重建组织内部的初始声压分布或空间光吸收能量密度；光学逆问题是指根据超声探测器采集到的光声信号或者据此重建出的光吸收能量密度，估算组织光学特性参数的空间分布，得到对组织光学特性的定量评价。光吸收能量密度是由局部的光吸收系数和光子数分布共同决定的，并不能反映组织的光学特性，而光吸收系数与组织的化学成分密切相关，正常和病变组织的光学特性参数之间通常有较明显的差异，因此组织光吸收系数的空间分布图可为疾病的早期诊断提供更加准确可靠的基础参考信息。但到目前为止，组织光吸收系数的重建方法仍不成熟，还有必要进一步进行研究。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种用于生物光声内窥成像的光吸收系数重建方法，以获取不同组织的光吸收系数之间的差异，为疾病的早期诊断提供机体组织变化的准确可靠的参考信息。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种用于生物光声内窥成像的光吸收系数重建方法，所述方法首先根据超声探测器从各个角度采集的生物腔体组织产生的光声信号重建出光吸收能量分布的测量值；然后通过前向仿真获得光吸收能量分布的理论值；最后根据光吸收能量分布的测量值和理论值构造目标函数，并通过对目标函数进行优化，重建出腔体横截面上组织光吸收系数的空间分布。

上述用于生物光声内窥成像的光吸收系数重建方法，所述重建按以下步骤进行：

a.重建光吸收能量分布的测量值

在直线扫描模式下，根据超声探测器从各个测量角度采集到的周围组织产生的光声信号，得到光吸收能量分布的测量值：

其中，r是θ-l平面极坐标系中的一点，c是光在组织内的传播速度，H_m(r)是位置r处的光吸收能量分布的测量值，z₀是位置r处与组织表面θ轴之间的垂直距离，r_i是与角度θ_i(i＝1,2,...,m)相对应的位置，c_s是超声信号在组织中传播速度，β是组织的等压膨胀系数，C_p是组织的比热容，p_i(r,t)是超声探测器在时刻t、角度θ_i(i＝1,2,...,m)、位置r处采集到的组织产生的光声信号的声压；

b.通过前向仿真获得光吸收能量分布的理论值

首先，用由节点表示的面积元对成像区域进行离散化，并根据成像区域内每个节点处光扩散方程的差分形式，计算出位置r处的光子密度函数Φ(r)；

然后根据位置r处的光子密度函数Φ(r)得到光吸收能量密度的理论值H(r,μ_a(r))：

H(r,μ_a(r))＝μ_a(r)·h·f·Φ(r)