[发明专利]一种光吸收能量分布图和声速分布图的重建方法及系统

说明书

本发明提供的一种光吸收能量分布图和声速分布图的重建方法及系统，涉及血管内光声层析成像技术领域，获取待成像平面的测量成像数据；将测量成像数据输入到图像重建模型中，得到待成像平面处的光吸收能量重建分布图和声速重建分布图；图像重建模型是根据历史成像数据，利用梯度下降算法对卷积神经网络进行训练得到的。本发明利用梯度下降算法对卷积神经网络进行训练得到图像重建模型，能够根据超声探测器在血管腔内采集的有限角度光声信号，同时重建血管横截面上的光吸收能量分布图和声速分布图，并提高重建图像的质量。

技术领域

本发明涉及血管内光声层析成像技术领域，特别是涉及一种光吸收能量分布图和声速分布图的重建方法及系统。

背景技术

光声层析成像(photoacoustic tomography，PAT)是一种新型复合功能成像技术，血管内光声层析成像(intravascular photoacoustic tomography，IVPAT)是内窥式PAT的典型应用，也是血管内超声的补充成像手段，对于粥样硬化性心血管疾病的临床诊断和介入治疗具有重要的研究意义和广阔的应用前景。

高质量的图像重建是IVPAT技术的关键，标准重建方法(如滤波反投影和时间反演等)通常基于理想成像条件的假设，例如：超声波在组织中的传播速度恒定、探测器具有理想特性和足够带宽且能够获得全视角的完备测量数据、光声信号的时间和空间采样率足够高等。但在实际应用中，由于血管的复杂结构和成像装置等因素的限制，超声探测器往往只能在有限视角内采集不完备的光声信号。此外，考虑到血管组织复杂的光学和声学特性，超声波在不同组织成分中的传播速度通常存在较大差异，而多数情况下，在进行成像前无法预知组织中声速的空间分布情况，因此在重建图像的过程中，恒定声速的假设会导致重建图像的质量下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种光吸收能量分布图和声速分布图的重建方法及系统，能够根据超声探测器在血管腔内采集的有限角度光声信号，同时重建血管横截面上的光吸收能量分布图和声速分布图，并提高重建图像的质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种光吸收能量分布图和声速分布图的重建方法，包括：

获取待成像平面的测量成像数据；所述测量成像数据包括有限角度光声信号测量数据和常数声速值；

将所述测量成像数据输入到图像重建模型中，得到待成像平面处的光吸收能量重建分布图和声速重建分布图；所述图像重建模型是根据历史成像数据，利用梯度下降算法对卷积神经网络进行训练得到的。

可选的，在所述获取待成像平面的成像数据之前，还包括：

获取训练集；所述训练集包括待测血管多个平面的历史成像数据、光吸收能量历史分布图和声速历史分布图；

以所述历史成像数据为输入，以所述光吸收能量历史分布图和所述声速历史分布图为期望输出，利用梯度下降算法对卷积神经网络进行训练，得到图像重建模型。

可选的，所述以所述历史成像数据为输入，以所述光吸收能量历史分布图和所述声速历史分布图为期望输出，利用梯度下降算法对卷积神经网络进行训练，得到图像重建模型，具体包括：

将所述训练集划分为多个训练子集；

确定训练前的卷积神经网络为第i×epoch×I阶卷积神经网络；

令网络层序号i＝1；

令训练集遍历次数epoch＝0；

确定任一训练子集为当前训练子集；

令当前训练子集的索引I＝1；

将所述当前训练子集输入到第i×epoch×I阶卷积神经网络中，得到第i×epoch×(I+1)阶卷积神经网络；