生物光声层析成像中超声探测器特性对图像质量的影响及解决方法

孙 正 孙慧峰

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)

引言

光声层析成像(photoacoustic tomography,PAT)是一种具有高光学对比度和高空间分辨率的新型复合生物医学成像方法[1-3]。该方法采用短脉冲激光照射生物组织,组织吸收激光能量后,由于瞬态热弹性膨胀激发出宽带超声波(即光声信号)并向组织表面传播,超声换能器采集光声信号后送入计算机中,采用适当的图像重建算法通过求解逆问题重构出组织的初始声压分布图或光吸收能量分布图。

在理想条件下,例如组织具有恒定的声速和密度、不考虑超声波在组织界面处的反射和散射、超声探测器为具有全向响应(即对来自任何方向的压力波都同样敏感)的理想点探测器、忽略探测器的空间脉冲响应(spatial impulse response,SIR)和电脉冲响应(electrical impulse response,EIR)、所采集的光声信号数据集是完备的等,采用解析法[4-8]和迭代法[9-12]可以重建出高质量的图像。然而在实际应用中,由于点探测器的有效面积小,导致采集信号的信噪比较低,且检测到的声压信号并非组织产生的原始信号,而是探测器的脉冲响应和原始信号作用后的结果。此时,若在理想假设前提下重建图像,则会导致图像质量的下降。在介绍超声探测器特性对PAT 成像质量影响的基础上,文中对忽略超声探测器特性造成的重建图像质量下降问题的解决方法进行总结和归纳。

1 超声探测器特性对光声成像质量的影响

超声探测器的特性对光声图像重建质量的影响主要体现在以下6 个方面。……