[发明专利]一种用于牙体的声显微成像方法

摘要

本发明属于医学及无损检测技术领域，涉及一种用于牙体的声显微成像方法。本发明方法利用高分辨率宽带窄脉冲声波与被观察的牙体相互作用，产生的声学信息与牙体组织的数理联系，利用专门的声学扫描单元驱动声学透镜，使其对被检测的牙体样本进行格栅扫描，利用声学透镜实时提取被检测的牙体内部的声学信息，通过对声学透镜获取的声波信号和对应的位置信号重构，进行声显微成像显示，实现对牙体表面及其内部组织的声显微成像。试验应用结果表明，采用所构建的牙体声显微成像方法，可以快速清晰的得到牙体内部釉质、牙本质、牙髓、牙骨质等组织及其变化的特征分布，取得了较好的实际声显微成像效果。

主权项

一种用于牙体的声显微成像方法，采用由声学透镜(1)、声学激励/接收单元(2)、声信息处理单元(3)、声学扫描机构(4)、声学扫描控制单元(5)、声学成像单元(6)、牙体样本固定平台(7)组成的声显微成像装置，其特征是，(1)声学扫描①将被观察的牙体样本(8)放置在声显微成像装置的牙体样本固定平台(7)中的声学扫描台容器内，并使牙体样本(8)中被观察面置于声学透镜(1)的下方；②根据牙体样本(8)在扫描平面内的最大投影面积S0，确定声扫描域Su的大小，Su=xmaxu×ymaxu---(1)]]>且使Su＞S0，这里，分别为声透镜(1)在x、y方向的最大扫描范围，且xmaxu=xendu-xstu]]>ymaxu=yendu-ystu]]>其中，—分别为声学透镜(1)在x方向的扫描终点和起点，—分别为声学透镜(1)在y方向的扫描终点和起点，③根据被观察牙体样本(8)的实际大小，根据式(1)，在声学扫描控制单元(5)中设置牙体样本(8)的(x,y)方向扫描范围；④设置(x,y)方向声学扫描分辨率Δx、Δy，且使Δx＝Δy；⑤设置声学透镜(1)的扫描速度υ，扫描分辨率按式(2)确定，υ≤ΔxΔt---(2)]]>式中，Δt—为每点声学信息和位置信息采集和成像显示所需时间；⑥扫描成像，按照所设置和选择的声学扫描参数，对牙体样本(8)进行声学扫描；(2)声学成像利用声学透镜(1)提取扫描过程中第i行第j列位置点的反射声学信息或透射声学信息对牙体样本(8)进行声学成像,1)反射法声学成像①利用声学透镜(1)提取扫描过程中第i行第j列位置点的反射声学信息uijR(tijR)=ZijRA0e-αvtijR---(3)]]>利用反射声学信息阵列表示扫描域Su内的各个检测位置的反射声学信息：Um×nR=u11R(t11R),...,μ1jR(t1jR),..,μ1nR(t1nR)u21R(t21R),...,μ2jR(t2jR),..,μ2nR(t2nR)....ui1R(ti1R),...,μijR(tijR),..,μinR(tinR)...um1R(tm1R),...,μmjR(tmjR),..,μmnR(tmnR)m×n---(4)]]>式中，—对应牙体样本(8)中声学反射系数，与牙体组织和牙体均匀性有关，A0—为牙体样本(8)中入射声波信号的幅值，α—为入射声波在牙体样本(8)中的声衰减系数，ν—为入射声波在牙体样本中的声速，—为来自第i行第j列位置牙体组织中的反射声波的传播时间，i、j—分别表示第i行第j列位置序列，i＝1,2,...,m,j＝1,2,...,n,m、n—分别表示反射声学信息阵列的行数和列数；②利用声学扫描控制单元(5)提取扫描域Su内第i行第j列位置的检测位置坐标pij(xi,yj)，利用位置阵列Pm×n表示扫描域Su内各个位置点的坐标位置：Pm×n=(x1,y1),...,(x1,yj),..,(x1,yn)(x2,y1),...,(x2,yj),..,(x2,yn)...(xi,y1),...,(xi,yj),..,(xi,yn)...(xm,y1),...,(xm,yj),..,(xm,yn)m×n---(5)]]>③利用声信息处理单元(3)对进行数字化后，按照式(6)转换为成像信号dkl(rkl,gkl,bkl)，此时：rkl=kruijR(tijR)gkl=kguijR(tijR)bkl=kbuijR(tijR)---(6)]]>这里，rkl,gkl,bkl—分别对应每个成像点的颜色值，kr,kg,kb—分别为信号幅值与rkl,gkl,bkl颜色值之间的转换系数，k、l—分别对应成像域中的位置坐标序列，且取k=Δnx×il=Δny×j---(7)]]>式(7)中，Δnx、Δny—分别为扫描域Su中每个位置点在成像域Sp中的像素点数，此时若用Δp表示Su中每个位置点在成像域Sp中的像素大小，则有：Δp＝Δnx×Δny×Δs这里，Δs—为声学成像单元(6)中所用图像显示器的像素点的物理大小，将扫描域Su中每个检测点位置坐标pij(xi,yj)映射到成像域Sp中位置坐标qkl(xk,yl)，并结合式(4)和式(5)，对每个点成像信号dkl(rkl,gkl,bkl)和成像位置坐标qkl(xk,yl)进行融合后，将对应扫描区域Su的成像结果在成像域Sp中通过矩阵QM×N表示，即有：QM×N=[x1,y1,(r11,g11,b11)],...,[x1,yl,(r1l,g1l,b1l)],..,[x1,yN,(r1N,g1N,b1N)][x2,y1,(r21,g21,b21)],...,[x2,yl,(r2l,g2l,b2l)],..,[x2,yN,(r2N,g2N,b2N)]...[xk,y1,(rk1,gk1,bk1)],...,[xk,yl,(rkl,gkl,bkl)],..,[xk,yN,(rkN,gkN,bkN)]...[xM,y1,(rM1,gM1,bM1)],...,[xM,yl,(rMl,gMl,bMl)],..,[xM,yN,(rMN,gMN,bMN)]M×N---(8)]]>式中(8)，M＝m×Δnx，N＝n×Δny2)透射法声学成像①利用声学透镜(1)提取扫描过程中第i行第j列位置点的透射声波信息uijT(tijT)=ZijijTA0e-αvtijT---(9)]]>利用透射声学信息阵列表示扫描域Su内的各个检测位置的透射声学信息：Um×nT=u11T(t11T),...,μ1jT(t1jT),..,u1nT(t1nT)u21T(t21T),...,μ2jT(t2jT),..,u2nT(t2nT)...ui1T(ti1T),...,μijT(tijT),..,uinT(tinT)...um1T(tm1T),...,μmjT(tmjT),..,umnT(tmnT)m×n---(10)]]>式中，—对应牙体样本中声学透射系数，与牙体组织和牙体均匀性有关，α—为入射声波在牙体样本中的声衰减系数，ν—为入射声波在牙体样本中的声速，—为来自第i行第j列位置牙体组织中的透射声波的传播时间，i、j—分别表示第i行第j列位置序列，i＝1,2,...,m,j＝1,2,...,n,m、n—分别表示透射声学信息阵列的行数和列数；②利用声学扫描控制单元(5)提取扫描域Su内第i行第j列位置的检测位置坐标pij(xi,yj)，利用式(5)中的位置阵列Pm×n表示扫描域Su内各个位置点的坐标位置，③利用声信息处理单元(3)对进行数字化后，按照式(11)转换为成像信号dkl(rkl,gkl,bkl)，此时：rkl=kruijT(tijT)gkl=kguijT(tijT)bkl=kbuijT(tijT)---(11)]]>将扫描域Su中每个检测点位置坐标pij(xi,yj)映射到成像域Sp中位置坐标qkl(xk,yl)，并结合式(5)和式(10)，对每个点成像信号dkl(rkl,gkl,bkl)和成像位置坐标qkl(xk,yl)进行融合后，利用式(8)将对应扫描区域Su的成像结果在成像域Sp中通过矩阵QM×N表示。(3)扫描成像显示根据设定的扫描成像参数，声学透镜(1)在声学激励/接收单元(2)作用下，通过声学扫描机构(4)和声学扫描控制单元(5)使声学透镜(1)在扫描域Su内对牙体样本进行扫描，由声信息处理单元(3)和声学扫描控制单元(5)实时获取扫描域Su中每个位置点的反射声学信息信号和位置坐标pij(xi,yj)信号，然后由声学成像单元(6)按照式(6、7、8)中的映射关系，转换为成像信号在声学成像单元(6)中创建的成像颜色板中进行成像显示，或由声信息处理单元(3)和声学扫描控制单元(5)实时获取扫描域Su中每个位置点的反射声学信息信号和位置坐标pij(xi,yj)信号，然后由声学成像单元(6)按照式(7、8、11)中的映射关系，转换为成像信号在声学成像单元(6)中创建的成像颜色板中进行成像显示，成像颜色板的大小由成像域Sp按照式(12)确定，Sp＝M×N  (12)。