基于虚拟仪器的光声信号采集和成像系统

为了实现光声信号的快速采集和图像重建,采用基于虚拟仪器的光声信号采集和成像系统进行光声信号采集,由LABVIEW调用MATLAB程序对采集到的数据进行处理,最后利用滤波反投影重建算法,实现了对模拟组织样品的光声层析成像。成像系统的分辨率为0.15mm,重建图像与实物十分吻合。结果表明,该系统具有快速、方便、直观等特点,有望发展成为一种低成本的实用的临床诊断仪器。     

高速128通道小动物多光谱光声断层成像系统

为了实现小动物光声断层信号的高速采集和实时高质量图像的重建,采用了覆盖角度为270°的128阵元弧形聚焦超声换能器、4个32通道的NI公司数据采集模块和可调谐脉冲激光器以及正则化优化的基于模型的光声断层重建算法。结果表明,系统的空间分辨率可以达到180μm;此系统可以在1ms内完成光声断层数据的采集,在40s以内获得高质量的重建图像。该系统可以用于开展小动物在体的多光谱光声断层成像实验研究。     

声折射对光声成像的影响

研究了光声信号声速失配时所起的声折射对光声成像的影响,提出了利用与组织声速匹配的耦合液进行光声成像,并配置了几种适合于组织声速的超声耦合液.实验结果表明,进行声速匹配后重建出的图像对比度有明显地提高,背景伪迹减少,分辨率由0.50 mm提高到0.15 mm,重建图像与实物十分吻合.     

生物组织高对比度的快速光声层析成像

为了得到高对比度的快速光声层析成像,采用甘油增加组织的透明度,结合多元相控技术的成像方法,获得了活体动物不同直径血管的光声重建图像.成像系统的横向分辨率为0.5mm,光声采集成像时间为5s.实验结果表明,该成像方法与现有的方法比较,具有成像对比度高、快速方便等特点,并有望成为一种组织功能在体成像的新方法.     

基于双域神经网络的稀疏视角光声图像重建

光声计算断层成像(PACT)是近年来迅速发展的一种无损生物医学成像技术,在生物医学领域有着较高的应用价值。为了获得高质量的光声图像,成像系统的信号采集装置需要配备高密度的阵列探测器。但在实际应用中,由于经济成本、制造工艺及成像时间等因素的限制,探测器的排布往往较为稀疏,难以实现稳定重建,导致重建图像中出现条纹伪影。为了解决这一问题,本文提出一种基于双域神经网络的PACT图像重建算法。该算法主要包含三个模块：数据域网络、反投影层和图像域网络,其中数据域网络和图像域网络可分别对光声数据和光声图像进行增强,以提升图像质量。为了对网络进行训练和测试,构建了一个血管仿真数据集和一个小鼠活体试验数据集。研究结果表明,所提算法可以有效地抑制条纹伪影,提升图像质量,并且重建性能优于其他重建算法。     

光声层析成像的信号处理

报道了采用滤波反投影的光声层析成像的信号处理方法，为了还原空间位置的光声信号，声探测器接收到的光声信号和探测器的脉冲响应在频域进行逆卷积处理；由于光声信号相对于触发时刻的延迟时间就是光声源到探测器的走时，重建时根据光声信号的延迟时间以及声速的距离，把速度势信号反投影到与探测器等距离的圆弧上。通过多个角度的反投影，能够重建出光声源的图像，但是由于反投影时光声信号投影到没有光声源的地方产生伪迹信号，模糊了光声源图像的边界，降低了图像的分辨率和对比度。因此在反投影之前采用CT成像中的R-T空间滤波函数与光声速度势信号进行卷积处理，然后再进行反投影成像；这种方法降低了由反投影带来的伪迹。应用这些处理方法，获得了埋藏深度为12mm的四个光吸收体的二维光声层析成像。     

频率域光声成像系统的研究

频率域光声成像是指使用连续波激光器输出激光光源,利用该调制后的激光信号辐射组织,在频率域对激励的光声信号进行处理并成像的方式。首先阐述光声成像和频率域光声成像的原理、发展以及研究现状,然后介绍频率域光声成像的具体实验方法和基本重建算法。为了弥补时域光声成像成本高、伤害性大、便携性差等缺点,提出了频率域光声成像的两种成像方式,给出了完整的实验系统结构图,展示其相对于传统时域光声成像不同的研究特点与方向。最后对频率域光声成像进行展望,为光声成像在国内的研究和发展提供一定的借鉴和引导。     

面向先进生物医学应用的光声显微成像术（特邀）

光声显微成像（PAM）是一种具有无损、多功能、高分辨率等特点的生物医学成像技术,通过检测光声信号进行图像重建可实现高分辨率和高深度的结构和功能成像,在生命科学、基础医学和医疗诊断中发挥着越来越重要的作用。首先概述光声显微技术的发展背景和原理特点,然后对利用光学增强、声学增强、人工智能增强及光学与声学互补的光声显微成像术促进成像性能提升的方法进行论述,最后讨论当前光声显微技术在生物医学研究中的广泛应用,并对未来技术的发展趋势进行展望。     

光声成像技术在生物医学中的研究进展

简要介绍了生物医学中的光声成像技术机理,总结报道了国内外几种典型的光声成像方法和光声图像重建算法的发展历程及其最新进展,指出该技术是一种很有应用前景的医学检测方法。     

基于多通道并行采集的光声成像系统

设计了一套基于多通道并行采集的快速光声成像系统,包括超声探测器、多通道并行采集系统、短脉冲激光器、计算机组成的硬件平台,并开发了配套的上位机软件来控制系统的采集和实时成像。多通道并行采集系统包括前端模拟放大、抗混叠滤波、模数(A/D)转换、数据存储器、现场可编程门阵列(FPGA)控制和通用串行总线(USB)传输等部分,它实现了64路信号的全并行采集和数字化处理。模拟样品实验结果表明,采用多个位置的旋转扫描成像能够极大地提高图像的信噪比。因此,采用高重复频率的激光器作为激发源及多个探测器的全并行采集,有望发展成为一种实时的生物组织无损成像系统,为临床医学的无损伤检测提供了新的方法。     

多波长光声信号的时域与频域比较

为了分析在不同激发波长下不同组织/目标光声信号的时域与频域特点和差异,根据光声信号产生的基本原理,采用光声信号时域和频域分析方法,设计了石墨仿体和离体组织等不同样品的多光谱光声实验。结果表明,样品的光声信号在时域与频域所展示的性能有很大的不同,不同样品的光声信号的声谱是不同的,且在不同激发波长下的声谱的峰值所对应的频率均相同,因而可以用于组织特性的描述、组分识别等用途。此研究有助于利用光声成像实现组织识别,并为进一步利用频谱分析方法研究多光谱光声成像奠定了基础。     

基于旋转多元阵列探测器的快速光声成像系统

为了快速得到高质量的光声重建图像,采用旋转多元线性阵列探测器,可改善投影不均匀的影响,重建复杂吸收体的光声像。由旋转不同角度数的光声像的仿真和实验表明,利用多元线性阵列探测器旋转扫描的光声像,能够更好地反映生物组织的光学吸收分布。该系统有望为组织的在体功能成像提供一种更方便快捷的装置和方法。     

应用于光声成像的图像处理与分析

光声成像技术是新一代的无损伤医学成像技术.其中,使用声透镜的光声成像技术是目前国际上一种新的成像方法,具有实时成像的优势.但获得的光声图像存在像素不足、图像尺寸小等缺点.使用MATLAB软件对原始的光声图像进行插值变换和空域图像增强,使图像得到不失真的放大,并且消除背景噪声干扰,突出图像细节部分.结果表明,放大后的光声图像清晰、对比度高,解决了光声图像像素不足、尺寸太小等硬件上目前无法克服的缺点.     

多种光声成像方法研究

阐述了光声成像的基本原理,综述了现有的几种光声成像方法、原理及成果。介绍了国内外多个研究小组在光声成像领域所取得的一些成果,主要包括:用超声探测器记录光声信号的滤波反投影算法光声成像;超声探测器结合声透镜的傅里叶方法;用探测光做载波调制光声信号,将光声信号转化为光信号,经光学系统解调,将样品像显示在CCD摄像机上的实时光声成像等。对比了几种光声成像方法,并提出了一些光声成像的新思路。     

多种长焦区聚焦超声采集频率的人体甲状腺光声成像

临床上常规的超声成像对甲状腺结节进行诊断时存在误诊和漏诊。研究了利用多种采集频率的长焦区聚焦换能器进行光声成像的方法。在模拟样品里埋入不同尺寸的血块模拟病变组织,采用不同中心频率的换能器对模拟样品进行光声成像,然后将血液注入正常人体甲状腺内部形成两处瘀血区,模拟病变甲状腺组织,经二维扫描重构出模拟病变甲状腺组织的三维光声图像。结果表明,不同频率的超声换能器对不同尺寸病灶体的探测灵敏度存在较大差异,5MHz的宽带换能器对几百微米直至毫米量级大小的病灶体均具有良好的灵敏度。获得了甲状腺及其内部两处瘀血区域的较高分辨率和对比度的三维图像。此项技术有望与超声成像技术结合,进一步提高甲状腺疾病诊断的准确率。