改进的同步迭代算法在光声血管成像中的应用

光声成像结合了光学成像和声学成像的优点,是一种高分辨率,高对比度的无损伤医学成像技术.一种改进的同步迭代算法应用于光声图像重建.仿真和模拟结果表明,与传统的代数迭代算法相比,在90°,135°,180°的有限场光声成像中,此算法对测量误差的校正和迭代次数的收敛上具有较大的优势,图像重建的速度和成像质量都有了明显的提高.实验中,一种圆形扫描结构的光声成像装置,用于180°的有限场扫描,利用改进的同步迭代算法,重建出了高对比度和高分辨率(60μm)的鸡胚胎光声血管图像.实验证明,这种算法的应用,大幅度减少了数据采集时间,为光声成像技术运用于实时监测血流灌注和肿瘤光动力治疗的血管损伤效应提供了潜在的应用价值.

血管内超声/光声联合成像研究进展

血管内超声/光声联合成像技术将血管内超声成像(IVUS)和血管内光声成像(IVPA)相结合、生成血管的组合图像。这种新的成像技术可获得高对比度和高分辨率的血管壁及管腔图像,可快速定位风险斑块并辨别其成分。本文就IVUS/IVPA联合成像的可行性及研究现状进行综述。

血管内光声成像的研究进展

血管内光声(IVPA)成像是近年来发展起来的一种微创血管内成像技术,结合了光声信号激发阶段光吸收较高的对比度和光声信号发射阶段超声检测较高的分辨率,根据斑块成分对光的吸收差异检测和区分动脉粥样硬化斑块,可对斑块的形态和成分做更为全面的了解。介绍IVPA成像系统的研究现状、血管内超声(IVUS)/IVPA组合成像导管的设计与改进,以及在光谱成像、热成像、分子成像和对冠状动脉支架成像方面的应用现状,指出目前存在的问题,并对未来的研究进行展望。

血管内光声成像图像重建的研究现状

急性心脑血管疾病是人类健康的头号杀手,将光声成像与医学内窥技术相结合的血管内光声(IVPA)成像技术有望为心脑血管内易损斑块的检测以及指导介入治疗提供更可靠的参考指标。目前对IVPA成像的研究尚处于起步阶段,对其图像重建的研究也主要是借鉴其它比较成熟的成像技术的重建理论。本文在介绍IVPA成像原理的基础上,指出在重建IVPA图像中亟待解决的两个问题,并对目前可以应用到IVPA图像重建中的主流算法进行介绍和分析。

基于光谱编码的血管内光声组分成像

光声成像突破了传统的光学成像和超声成像在生物组织成像领域的困境,该技术基于光声(Photoacoustic,PA)效应,脉冲激光激励下的生物组织产生超声信号,超声信号被接收后,通过反投影算法将其携带的时间信息和强度信息转化为能够反映生物组织吸收结构和分布的可视化图像。基于不同生物组织的光吸收差异,当激发光强度均匀且稳定时,光声成像反映的就是该物质对于该波长光的吸收特性。本文中,我们基于导管式的血管内光声断层扫描平台结合多波长激发的光声成像算法开发了基于光谱编码的血管内光声组分成像系统,实现了在离体血管斑块中脂质组分的定量成像,高分辨获得了脂质核心的大小形态和边界信息,表征了斑块内的脂质相对含量。

基于LabVIEW的血管内光声成像系统的设计与实验

冠状动脉中易损斑块的破裂是导致心血管疾病死亡的重要原因。掌握易损斑块形态特性、组成成分(主要是脂质)与空间分布信息,有利实现易损斑块的早期预测和干预治疗,则可以极大降低心血管病带来的危害。介绍了一种基于LabVIEW实现数据采集功能的血管内光声成像系统,并利用其实现对血管斑块脂质的成像与定量分析。实验结果表明,血管内光声成像技术应用于临床血管内介入具有巨大潜力。

光声技术在脑组织成像中的应用(特邀)

基于激光诱导超声机制的光声成像技术结合了光学成像的高对比度和超声成像的深穿透性,能无标记、非侵入反映生命体内源性吸收物质的分布,适合啮齿类动物模型全脑的即时成像。为了证明光声技术在脑科学研究和脑疾病监测中的应用,搭建了光声显微成像系统,其空间分辨率可达几十微米,有效成像深度可达1 mm以上,并以APP/PS1转基因阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)模型小鼠和野生型WT小鼠为研究对象,从脑组织切片、离体全脑和活体全脑三个层面探究了光声成像在表征AD鼠和WT鼠脑结构变化和血管网络的能力,证明了光声技术在研究脑疾病发展过程中监控脑结构变化和脑血管网络特征的巨大潜力,可以为诸多脑科学研究和神经退行性疾病发展机制提供更深入的见解。

基于滤波反投影算法的血管内光声图像重建

将目前在光声断层(PAT)成像中得到广泛应用的滤波反投影(FBP)重建算法应用到血管内光声(IVPA)成像中,提出一种简单快速的二维图像重建方法。首先,对组织产生的光声信号进行滤波、逆卷积和时域一阶求导的预处理;然后,针对IVPA在血管腔内封闭成像的特殊性,采用权重法将预处理后的光声信号数据对导管以外的成像区域沿弧线进行反投影,得到成像平面内每个网格点处的初始光声压。最后,得到反映血管壁组织结构形态的横截面灰阶图像。对仿真血管模型的实验表明,采用所提出的方法重建IVPA图像的结构,相似性指标(SSIM)可达到0.571 7。合理选择滤波函数、滤波截止频率以及测量位置数,可以提高IVPA重建图像的质量;对光声信号进行时域一阶求导处理,能有效地突出重建图像中的组织结构信息。该方法为后续图像重建算法的优化奠定基础。

血管内光声图像的时间反演重建方法

目的将光声成像与医学内窥技术相结合的血管内光声(IVPA)成像技术可为心血管内易损斑块的检测以及指导介入治疗提供可靠的参考。针对采用单阵元探测器进行圆周扫描的IVPA成像系统,提出基于时间反演(TR)算法的重建IVPA横截面灰阶图像的方法。方法通过建立超声传播模型,对光声信号的反向传播过程进行模拟,反演得到血管横截面的2维初始光声压分布图像。针对测量位置稀疏和有限角度测量都会造成光声数据不完备,进而导致重建图像质量下降的问题,通过对探测器采集到的光声信号进行样条插值达到提高成像质量以及消除伪影的目的。结果仿真实验结果表明,与相同测量位置下利用滤波反投影(FBP)算法重建出的图像相比,采用本文算法重建出的图像的结构相似性指标(SSIM)值可提高约65%。结论该方法能有效地提高IVPA重建图像的质量,为后续图像重建算法的优化提供有益参考。

基于光学系统的血管内高集成多模态成像技术

易损斑块是引起心肌梗死的主要原因。准确诊断易损斑块可以帮助医护人员优化心血管疾病治疗方案,减小心肌梗死致死率。血管内多模态成像技术通过结合两种或两种以上成像模态的优势,可以对动脉粥样硬化斑块进行定性定量分析,提高识别易损斑块的准确性。综述了目前国际上最先进的五种多模态血管内成像技术,详细介绍了血管内超声-光学相干层析、光学相干层析-荧光、光学相干层析-光谱仪、血管内光声-超声和光学相干层析-弹性多模态成像技术的发展过程和技术难点,并展望了未来研究趋势。