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。