生物光声层析成像中不均匀和不稳定照明解决方法

孟 琪，孙 正*

（1.华北电力大学电子与通信工程系，河北 保定 071003；2.华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003）

1 引言

光声层 析成像（Photoacoustic Tomography，PAT）是一种新型的生物医学成像方法，它结合了光学成像的高对比度和超声成像的高分辨率[1]，可应用于眼科[2]、胃肠疾病[3]、脑科学[4]、心脏病学[5]和皮肤病学等。其物理基础是生物组织的光声效应，用短脉冲激光照射组织，组织吸收部分光能量后受热膨胀，产生宽带超声波（即光声信号），并迅速向组织表面传播。超声换能器采集光声信号后送入计算机内，通过求解声学逆问题，从声压测量数据中重建出组织表面及内部的初始声压分布图或光吸收能量分布图，以显示组织的形态结构[6]。标准重建方法有延迟求和法[7]、反投影法[8]、时间反演法[9]和傅立叶变换法[10]等。在此基础上，通过求解光学逆问题，还可以定量估算组织的光学特性参数（如光吸收系数和散射系数）及热膨胀系数等的空间分布，实现功能成像，即定量PAT（quantitative Photoacoustic Tomography，qPAT）[11-12]。

为了简化问题，光声成像算法通常采用简单的光子传输模式，或假设入射光在组织表面和内部分布均匀。但在实际应用中，大多数生物组织都是具有高散射和不透明特点的混浊介质，当光在组织内传输时既被吸收又被散射。不同成分的组织结构对光的吸收和散射以及光通量的分布都是不均匀的。此外，随着光在组织中入射深度的不断增加，光的穿透能力随之减弱，光能量的分布随之分散，光通量也会显著降低。……