[发明专利]基于正则化迭代的有限角度光声成像重建方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光声成像(Photoacoustic Tomography，简称PAT)技术领域，具体涉及一种基于正则化迭代的有限角度扫描光声成像重建方法及装置。

背景技术

光声成像是新发展起来的一种高分辨率和高对比度的生物医学成像技术，近年来获得迅速发展并已达到预临床阶段。光声图像传递的信息量大，可以提供组织结构形态及功能信息，光声成像技术在生物组织成像中有广泛应用，如血管成像、肿瘤检测、脑功能成像等相关研究。

光声信号的产生是复合媒介间能量转换的过程，短脉冲激光照射到成像物体，组织局部吸收光能而产生热膨胀向四周辐射超声波，通过超声换能器在不同位置采集的光声信号，使用重建算法算出生物组织中的吸收强度分布。成像方法是光声图像重建的关键技术，现有的重建算法有滤波反投影方法，反卷积方法，时域重建方法，延迟求和方法等。

上述图像重建算法都需要采集全方位的完备数据，数据采集速度慢。本发明提出的图像重建算法，能基于有限角度扫描的欠采样信号精确地重建出光声图像。

发明内容

本发明目的在于克服现有图像重建技术的缺点，基于有限角度扫描的欠采样数据和正则化迭代的光声成像重建方法，提供一种生物组织吸收分布的快速精确成像方法，解决了生物组织无法全方位扫描时的问题。

本发明提出的一种基于正则化迭代的有限角度扫描光声成像的重建方法，其包括：

步骤1、利用有限角度滤波反投影法得到初始的重建光声图像A₀(r)；

步骤2、利用上轮迭代获得的重建光声图像计算投影加权系数，对于第一轮迭代，上轮迭代获得的重建光声图像为初始的重建光声图像A₀(r)；

步骤3、利用上轮迭代获得的重建光声图像和投影加权系数获取计算机模拟投影信号；

步骤4、计算所述计算机模拟投影信号与采集信号之间的信号残差，并根据所述信号残差获取残差图像并修正重建光声图像，得到更新后的重建光声图像；

步骤5、利用正则化运算对更新后的重建光声图像进行二次优化，得到本轮迭代的重建光声图像，并转步骤2进行下轮迭代，直至迭代完成。

本发明提出的一种基于正则化迭代的有限角度扫描光声成像的重建装置，其包括：

初始重建光声图像获取模块，其利用有限角度滤波反投影法得到初始的重建光声图像A₀(r)；

投影加权系数计算模块，其利用上轮迭代获得的重建光声图像计算投影加权系数，对于第一轮迭代，上轮迭代获得的重建光声图像为初始的重建光声图像A₀(r)；

计算机模拟投影信号获取模块，其利用上轮迭代获得的重建光声图像和投影加权系数获取计算机模拟投影信号；

重建光声图像更模块，其计算所述计算机模拟投影信号与采集信号之间的信号残差，并根据所述信号残差获取残差图像并修正重建光声图像，得到更新后的重建光声图像；

优化模块，其利用正则化运算对更新后的重建光声图像进行二次优化，得到本轮迭代的重建光声图像，并由投影加权系数计算模块进行下轮迭代，直至迭代完成。

本发明提出的上述方案，基于有限角度的光声信号，在每次迭代过程实现残差更新图像和正则化更新图像，计算采集信号和重建图像的计算机模拟信号的残差，通过将残差信号反投影得到残差图像，将残差图像叠加到上一次重建图像得到更新图像，然后利用局部正则化更新重建图像，结合信号残差反投影法和正则化方法获得重建图像，本发明能在有限角度扫描情形下，快速精确地重建光声图像，对减少重建时间、降低设备硬件成本有一定意义。

附图说明

图1是本发明中基于有限角度数据光声成像重建的方法流程图。

图2是本发明中计算机仿真成像光吸收分布和有限角度重建的结果示意图。

图3是本发明中琼脂仿体的光吸收分布和有限角度重建的结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1示出了本发明提出的基于正则化迭代的有限角度扫描光声成像的重建方法流程图。如图1所示，该方法的具体步骤如下：

步骤1、利用有限角度滤波反投影成像方法得到迭代重建初始图像。

用短脉冲激光均匀照射生物组织，超声探头或者阵列在成像平面内进行扫描接收光声信号，根据热传导方程和超声的波动方程，光声信号的产生服从的光声成像方程为：