快速光声断层成像系统研发与重建算法研究

摘要

光声成像是近年来快速发展起来的无损医学成像技术，其主要依据生物体组织在吸收光能量后产生的光声效应及组织中不同位置的光吸收系数的差异进行医学成像。由于光声成像重建图像中采用的是超声波信号，所以具有超声成像的成像深度深的优点，再有，其成像结果反映的是组织内部光吸收系数的分布情况，因此还具有光学对比度高的优点。
　　文中首先介绍了光声成像的背景及应用价值，研究了其工作原理及过程，并简单介绍了此前课题组所研制的光声成像系统，在此基础上改造设计实现了新的快速光声断层成像系统。其主要包括脉冲激光器、高灵敏度超声换能器、光路装置、信号预处理系统、数据采集系统以及辅助机械框架部分。相比于原系统，新的成像系统不论在成像质量还是成像速度上都有很大的提升。
　　其次，针对如何保留成像图像中微小结构细节和边缘信息，本文提出了基于优化转移和平滑正则项的光声成像重建算法，该算法在一定程度上能够抑制噪声的产生，有效提高成像的质量。
　　最后，本文分别采用仿体和在体实验对新的快速光声断层成像系统进行实际测试验证，并用提出的光声成像重建算法进行医学成像，得到了较理想的成像质量，实验证明该成像系统可以应用于光声在体成像等研究中。
　　此外，由于在新的快速光声断层成像系统的设计中专门选用波长覆盖范围比较大的可调谐脉冲激光器，使其同时具有多光谱分离成像的功能，进一步提高新开发的快速光声断层成像系统的科研应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 光声成像技术

1．3 光声成像实现方式及其研究进展

1．3．1 光声内窥成像

1．3．2 光声显微成像

1．3．3 光声断层成像

1．4 本文主要研究内容

2．1 系统概述

2．2 硬件实现方案

2．2．1 脉冲激光器

2．2．2 高灵敏度超声换能器

2．2．3 光路装置

2．2．4 信号预处理系统和数据采集传输

2．2．5 机械框架

2．3 软件设计方案

第3章 光声断层成像算法的研究

3．1 PAT前向过程

3．2 声波的传播

3．3 OTCL重建算法

第4章 光声断层成像系统及算法验证

4．1 光声断层成像系统验证及其分辨率

4．2 算法数值仿真验证

4．3 仿体实验

4．4 在体实验

第5章 总结与展望

参考文献

致谢