一种基于前向成像模型的光声层析图像重建方法

在光声层析成像(photoacoustic tomography,PAT)时,不均匀光通量分布、组织复杂的光学和声学特性以及超声探测器的非理想特性等因素会导致重建图像质量下降。本文考虑不均匀光通量、非定常声速、超声探测器的空间脉冲响应和电脉冲响应、有限角度扫描和稀疏采样等因素的影响,建立了前向成像模型。通过交替优化求解成像模型的逆问题,实现光吸收能量分布图和声速分布图的同时重建。仿真、仿体和在体实验结果表明,与反投影法、时间反演法和短滞后空间相干法相比,该方法重建图像的结构相似度和峰值信噪比可分别提高约83%、56%、22%和80%、68%、58%。由上述结果可知,对非理想成像场景采用该方法重建的图像质量有显著提高。

多光谱光声层析成像技术在精索静脉曲张大鼠睾丸成像中的初步探索

目的:探索光声层析成像(photoacoustic tomography,PAT)和多光谱光声层析成像(multispectral optoacoustic tomogra-phy,MSOT)在精索静脉曲张大鼠模型中进行睾丸结构和功能成像的可行性。方法:将18只SD大鼠随机分为3组(空白组、模型组、迈之灵组),每组6只。模型组、迈之灵组均采用缩窄左肾静脉并结扎左侧精索静脉侧支方法造模,经过4周相应措施干预后,比较实验大鼠左侧睾丸的PAT/MSOT图像、氧代谢及氧化应激水平,研究不同干预措施实验大鼠的睾丸成像特征。结果:PAT/MSOT能对大鼠睾丸结构进行清晰成像,能够反映睾丸内的氧代谢水平。结论:PAT/MSOT可检测精索静脉曲张引起的睾丸结构和功能改变,是一种简易、无创、安全的新型睾丸评估方法。

不同旋转扫描次数对光声层析成像的影响

为了实现单元探测器高质量的快速光声图像重建,提出了不同旋转扫描次数对光声层析成像的影响方案。实验采用的光源为YAG激光器,波长为1 064nm,重复频率为20 Hz,脉宽为7ns,探测器为针状的PVDF膜水听器,接收直径为1mm,得到了26个字母、12根头发丝、树叶骨架和模拟血管的光声重建图像。由仿真和实验结果表明,在不牺牲光声重建图像质量的前提下,单元探测器环形扫描一圈,均匀采集100个位置的信号,图像重建时间为5.903s。该研究结果对于单元探测器的快速旋转扫描成像和环形阵列探测器阵元数的设计具有一定的指导意义。

成像深度对光声层析成像的影响

为了研究不同成像深度对光声层析成像质量的影响,利用多元线性阵列探测器在有限方位进行探测成像。由仿真和实验结果表明,吸收体离探测器越近,其成像效果较好,当多元线性阵列探测器的尺寸与成像深度比小于1时,重建图像畸变明显。在这种情况下,采用旋转扫描探测,其成像效果明显提高。该研究结果对光声层析成像扫描轨迹的设计、成像效果评估具有较好的参考价值。

采用稀疏测量数据的有限角度光声层析成像的研究进展

生物光声层析(Photoacoustic Tomography,PAT)成像可以反映生物组织的光吸收分布,定量测量组织的光吸收系数和散射系数,进而分析组织成分,为疾病的早期诊断和治疗提供可靠的依据。由于成像目标特殊的几何结构以及成像装置的机械结构、空间位置和成像时间等的限制,超声探测器只能在有限的角度范围内扫描,采集到稀疏的光声测量数据,导致重建图像中出现伪影和失真。针对有限角度扫描和稀疏测量数据问题,对目前主流的光声图像重建算法进行综述和分析。

生物光声层析成像中超声探测器特性对图像质量的影响及解决方法

生物光声层析成像(PAT)是一种多物理场耦合的新型复合功能成像方法,对肿瘤和心血管疾病等的早期检测和准确诊断具有极高的研究价值。在PAT图像重建中,为了简化问题,通常假设超声探测器是具有全向响应的理想点探测器,在目标周围形成一个连续完整的测量面,且不考虑探测器的空间脉冲响应(SIR)和电脉冲响应(EIR)对成像质量的影响。但在实际应用中,这一理想假设会导致成像分辨率和图像质量的下降。从有限孔径效应、SIR和EIR、方向性、扫描半径、有限测量角度和有限带宽以及位置不确定性等6个方面,就超声探测器特性对图像重建的影响,综述相应的解决方法,对比不同方法的优缺点以及适用范围,并展望未来可能的发展方向。

生物组织的光声层析成像方法

生物组织的光声层析成像是一种新兴的医学成像技术,它可以提供生物组织的光学吸收信息和声学信息,是一种很有前途的可以发展成为临床的医学检测方法。简要介绍了光声层析成像技术的机理,报道了国内外几种典型的光声成像方法,讨论了目前光声层析成像研究中存在的问题,并指出了光声层析成像发展方向。

医学光声层析成像技术及其临床应用研究进展

光声效应是指样品被短脉冲激光照射后受激产生超声波的一种现象。基于此效应的光声成像技术是一种新型的生物医学成像模式,其在过去的十年中越来越受到临床和产业的关注,目前已成为生物医学成像领域发展最快的技术之一。光声成像是一种混合型的成像方式,它结合了光学成像的高对比度和光谱识别特性,以及超声成像大穿透深度下仍具备较高分辨率的特点。光声技术可对微血管、血红蛋白浓度、血氧含量、氧代谢、脂肪等进行高特异性的成像,能够灵敏地反映生理特征变化,与超声技术的形态和结构成像具有很强的互补性。光声成像技术的这些特性使其在临床及生物医学研究领域均具备广泛的应用潜力,尤其适用于恶性肿瘤、心血管疾病、微循环异常等重大和常见疾病的成像诊断和治疗引导。本文将介绍光声层析成像技术在乳腺癌、前哨淋巴结及血管内成像等方面的最新研究进展和临床应用情况。

菠萝树叶光声层析光谱及其光合作用效率的研究

[目的]探讨用非损伤的光声层析光谱技术实时控制培育林苗成长的有效途径。[方法]采摘菠萝树叶绿色叶片和黄色叶片为试材,按光声池样品室大小切下靠中间的菠萝树绿叶片和黄叶片的叶小片,分别放进相应的光声池,应用归一化光声层析光谱试验装置,选用斩波频率24 Hz和34 Hz,时间常数3 s,分层进行光声层析光谱扫描,测量菠萝树绿叶正面和绿叶反面以及黄叶正面的光声层析光谱及其光学特性。[结果]菠萝树叶在特定调制频率时能提高光合作用效率。黄叶的叶绿体数量比绿叶少,黄叶比绿叶的光合作用明显减弱。菠萝树叶叶绿体数量越多,其光合作用越强,光合作用效率越高。[结论]应用归一化光声层析光谱试验装置测量菠萝树叶光声层析光谱是可行的。

半导体光声层析中的电场效应

半导体光声层析中的电场效应方健文张淑仪（南京大学声学研究所近代声学国家重点实验室南京·２１００９３）１引言光声效应对样品的光学、热学性质差异非常敏感，利用光声效应对多层次固体样品进行无损的深度剖面检测一直是人们重视的课题。多年来已发展了多种获取固体深...

光声层析成像研究进展

光声层析成像(Photoacoustic tomography,PAT)是一种新兴的生物医学成像技术,它结合了组织的光学吸收特性以及超声探测优势,具有对比性强、灵敏度高、成像深度深的优点。本文综述了PAT技术的原理和主要成像手段。并重点结合PAT的技术优势,讨论了它在临床医学中的巨大应用前景。

多波长光声层析成像技术用于人体气管探测

目的通过多波长光声层析成像技术对气管结构进行重建成像。方法基于阵列换能器的光声成像技术对7名志愿者的气管进行了多波长光声层析成像实验,研究光声层析成像技术对气管不同呼吸相、不同层面的高分辨率(高达150μm)图像特征,并对该技术的成像优劣性进行评价。结果光声层析成像技术能对人体气管进行清晰成像,能够真实反映气管及气管周围组织的结构特征。结论光声层析成像技术可作为一种无创便捷、无电离辐射的成像方式,对气管解剖和功能状态进行实时评估。

生物光声层析成像中不均匀和不稳定照明解决方法

在生物组织光声层析成像(Photoacoustic Tomography,PAT)算法中,为了简化问题,通常假设在均匀和稳定照明的理想情况下,重建组织的初始声压分布图、光吸收能量分布图和光学特性参数分布图。但在实际应用中,当光在生物组织中传播时,会出现光衰减和光通量分布不均匀的情况,导致重建精度下降。本文对非理想条件下用于补偿由不均匀和不稳定照明所致PAT成像误差的主要方法进行归纳和总结,讨论不同方法的优势和不足。

基于聚焦声场模型的光声层析成像时间延迟快速校正反投影方法

光声层析成像是一种发展迅速的成像技术,其可提供生物组织的结构和功能信息,结合了光学成像高光学对比度与声学成像高穿透深度的优点.然而,由于现有的反投影成像算法通常将围绕目标扫描的超声换能器等效为一个点探测器,导致非中心成像区域图像的切向模糊,严重影响了图像质量.本文提出一种新的光声层析成像算法,其采用聚焦声场等效模型,可以快速有效地克服换能器孔径效应所造成的声场畸变,恢复非中心成像区域的切向分辨率.仿真结果表明,该方法对直径5 mm,距离旋转中心6 mm的目标,切向分辨率提升至少达2倍.实验结果表明,该方法可以有效地恢复边缘图像的切向模糊,使得复杂目标的微小结构能被清晰探测.这种新方法为传统的反投影方法提供了一种有价值的替代选择,对基于圆/球扫描的光声层析成像系统的设计具有重要的指导作用.

多光谱光声层析技术在肿瘤学中的应用进展

多光谱光声层析技术是一种新兴的光声成像技术,兼具光声断层扫描和多光谱成像的优点。该成像技术需要利用内源性和外源性光声成像对比剂进行成像。成像时,激光发射器发射多个波长的激光束照射组织,组织发生热弹性膨胀并产生超声波,将超声换能器接收的光声信号进行后处理,分解光谱信息并重建图像。目前,多光谱光声层析技术已广泛用于多种肿瘤的研究。文章着重介绍光声成像对比剂和多光谱光声层析技术的发展近况以及在临床转化中取得的研究进展。

光声层析成像研究进展

随着科学技术的不断进步与发展,光声层析成像技术也成为许多学者及相关行业人士研究的重要内容。其以自身高穿透深度、高对比度与高分辨率等优势被广泛应用于医学中。本文主要对光声层析成像的基本概述以及光声层析成像的研究进展进行探析。

电场对半导体光声层析的影响

本文从理论上研究了在直流电场的作用下，半导体的光声层析机地。结果表明，电场能影响半导体的光声层析深度，并能使光声检测结果更为灵敏地反映半导体的材料参数差异。

JIR-Net:用于光声层析图像重建的联合迭代重建网络

目的 高质量的图像重建是光声层析成像(photoacoustic tomography,PAT)技术的关键,有限角度稀疏测量和组织非均匀的声学特性都会影响重建图像质量。采用迭代重建技术可在一定程度上提高图像质量,但是其结果依赖于有关成像目标的先验假设模型。而且在迭代优化过程中需要反复计算前向成像算子及其伴随算子,因此计算成本较高,需要合理选择正则化方法及其参数。为了解决该问题,提出一种根据不完备光声测量信号联合重建光吸收能量分布图和声速分布图的深度学习方法。方法 设计并搭建基于学习迭代策略的联合迭代重建网络(joint iterative reconstruction network,JIR-Net),网络由4个结构单元组成,每个单元包括特征提取、特征融合和重建3个模块。网络的输入是探测器在成像平面中采集的不完备光声信号和预设的常数声速,输出是重建的光吸收能量分布图和声速分布图。分别构建仿真、仿体和在体数据集,用于训练、验证和测试网络。在训练网络的过程中,将光吸收能量密度和声速的梯度下降信息整合到网络训练中,并利用反向传播梯度下降法求解非线性最小二乘问题。结果 数值仿真、仿体和在体实验结果表明:与交替优化法、U-Net后处理法和深度梯度下降法相比,JIR-Net重建的光吸收能量分布图的结构相似度可分别提高约39.5%、26.4%和7.6%,峰值信噪比可分别提高约95.6%、71.4%和15.5%。与交替优化法相比,JIR-Net重建的声速分布图的结构相似度和峰值信噪比可分别提高约34.4%和22.6%。结论 JIR-Net解决了由于有限角度稀疏测量和组织声速分布不均匀所致的光声图像质量下降问题,实现了从光声信号到高质量光吸收能量分布图和声速分布图的映射。

基于聚焦光声层析技术的甲状腺离体组织成像

对人体甲状腺内的病变组织进行定位和成像对于准确诊断和有效治疗甲状腺疾病是至关重要的.本文评估了利用光声层析技术对离体甲状腺组织进行成像的可行性,并利用基于30 MHz超声换能器的聚焦光声成像系统对甲状腺进行扫描成像.实验中成像系统的横向分辨率和纵向分辨率分别达到了350μm和74μm.分别对正常离体甲状腺组织和模拟病变甲状腺组织进行光声成像.实验结果表明,本成像系统能够有效区分和鉴别正常甲状腺组织和病变组织.此项技术有望进一步提高甲状腺疾病诊断的准确率,以便更为有效地指导疾病的治疗,具有潜在的临床应用前景.

基于声透镜成像系统的光声层析成像

光声成像是采用“光激发超声波成像”的新型成像技术,它是检测强散射介质内部光吸收分布的一种有效医学影像技术.用短脉冲激光照射强散射介质(如生物组织),强散射介质由于光声效应产生超声信号,使用具有成像能力的声透镜把声压分布成像于像面上,然后利用具有空间分辨能力的阵列光声传感器,把同一像面上的光声信号强度记录下来,最后根据光声信号强度的空间分布进行图像重组.根据成像系统物像共轭原理,同一物平面的光声信号到达像面的时延相等,而不同物面的光声信号到达同一个探测器平面的时延各不相同,因此,利用BOXCAR的门控积分技术,控制BOXCAR采样门的不同时延就能获得散射介质内不同层面的光声图像.实验成功地获得了强散射介质内不同层面的光声层析图像,图像清晰,对比度高.这种层析成像方法不需要复杂的重建算法,可以实现快速层析成像.