一种血管内光声图像的时间反演重建方法

摘要

一种血管内光声图像的时间反演重建方法，所述方法首先以成像导管中心为图像中心建立初始图像；然后将扫描轨迹圆上的各个探测器测量位置看作是时变的点光声信号源，建立超声波在均匀无损的生物组织中的反向传播模型；最后根据建立的超声波反向传播模型，重建出血管横截面的初始光声压强分布图像。本发明利用超声探测器采集到的来自于血管壁组织的光声信号数据，在时域内模拟光声信号的反向传播过程，反演得到血管横截面的二维灰阶光声压强分布图像，显示血管壁内部的组织结构。该方法不受公理化推导公式的限制，约束条件少，鲁棒性强，所依赖的假定或初始条件少，而且不易受图像伪影的影响，因此具有更高的成像精度，可获得比较理想的重建效果。

主权项

一种血管内光声图像的时间反演重建方法，其特征是，所述方法首先以成像导管中心为图像中心建立初始图像；然后将扫描轨迹圆上的各个探测器测量位置看作是时变的点光声信号源，建立超声波在均匀无损的生物组织中的反向传播模型；最后根据建立的超声波反向传播模型，重建出血管横截面的初始光声压强分布图像，所述方法包括以下步骤：a.建立初始图像：IVPA的成像平面通过超声探测器并垂直于成像导管，超声探测器的扫描轨迹为位于成像平面内且半径等于导管半径的圆形轨迹，图像重建区域位于扫描轨迹圆的外部；初始图像A的宽度和高度均为l(单位：mm)，A由M×M个正方形网格组成，相邻网格的间距为Δx＝l/M，各网格点的初始光声压强值均为0，成像平面所在的坐标系为二维笛卡尔直角坐标系XOY，其中坐标原点O是成像导管中心；b.建立超声波的反向传播模型超声探测器在测量位置r_s处、时刻t∈[0,T]记录的光声压测量值为p'(r_s,t)，将扫描轨迹圆上的各个探测器测量位置看作是时变的点光声信号源，用表示成像区域Ω的计算机模拟，在内模拟超声波的传播过程，对Ω内的初始光声压分布进行近似重建，其中，位于成像导管外部，的边界根据时间界限T确定，则超声波在均匀无损的生物组织中的反向传播模型如下：初始条件为：$\left\{\begin{array}{c}p(r_e,t){|}_{t=0}=0\\ p(r_s,t){|}_{t=0}=p^{\prime }(r_s,T)\\ u(r,t){|}_{t=0}=0\end{array}\right.$$\underset{\xi }{\Sigma }{\rho }_{\xi }(r,t){|}_{t=0}=p(r,t){|}_{t=0}/c^2$式中，c为声速；Δt是时间步长，CFL是仿真精确度和计算速度之间的折中系数；p(r,t)为声压场中位置r∈Ω处在时刻t的声压；p(r_e,t)是内的非探测器测量位置r_e处在时刻t的光声压强；p'(r_s,T)是超声探测器在测量位置r_s处、时刻T记录的光声压测量值；p(r_s,t)是声压场中的位置r_s处、时刻t的声压；u_ξ(r,t)为介质在声压场中的位置r处、时刻t的振动速度在成像平面直角坐标系的X轴和Y轴方向上的分量；u(r,t)为介质在声压场中的位置r处、时刻t的振动速度；ρ(r,t)是在声压场中的位置r处、时刻t的声学密度；ρ₀是介质密度；ρ_ξ(r,t)为声压场中的位置r处、时刻t的声学密度在成像平面直角坐标系的X轴和Y轴方向上的分量；i是虚数单位；与分别是二维傅立叶变换和逆傅立叶变换；κ＝sinc(ckΔt/2)是k空间算子；k_ξ为在ξ＝(x,y)方向上的空间波数分量；c.重建血管横截面的初始光声压强分布图像以Δt为时间步长从t＝0时刻开始依次进行迭代，计算并记录每个测量位置发出的光声波在各个网格点产生的光声压强值，对于某一个网格点来说，它在某一时刻的光声压强值等于该时刻所有测量位置在该网格点产生的光声压强值之和，以t＝T时刻为截止条件，计算此时刻成像平面上每个网格点的光声压强值，即可得到对成像区域Ω内的初始光声压分布的近似重建，最后，将各个网格点的光声压强值转换为灰度矩阵，即可得到血管横截面的灰阶图像。