一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置，包括以下步骤：利用疏密分布的半球形光声传感装置对组织进行首次光声采集；利用压缩感知理论对组织进行首次重建；确定首次重建结果中组织的关键部位，并旋转半球形光声传感装置使传感装置中密集块与关键部位对准，进行第二次光声采集；利用压缩感知理论对组织进行第二次重建。本发明在传感器数量有限的条件下，两次利用疏密分布的半球形光声传感装置采集到的光声信号，结合压缩感知理论，对目标组织进行重建，最终使组织关键部位的成像结果更加清晰。
【专利说明】一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物医学图像处理领域，特别是一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置。
【背景技术】
[0002]光声技术是一种普适性强、灵敏度高的检测技术，特别适用于强散射、非透明样品的非破坏性检测，在生物、医学、材料分析等领域应用十分广泛。光声效应是生物医学光声成像技术的理论基础。所谓光声效应是指当宽束短脉冲激光照射生物组织时，组织内的吸收体(如肿瘤和血管等)吸收了光能量之后发生局部的温升，促使组织发生热弹性膨胀，产生超声波的过程；在组织体表面附近被超声换能器接收到的信号即为光声信号。光声成像技术是根据生物组织对光的吸收分布反演组织结构的一种新兴的成像模式，它集合了纯光学成像技术的高对比度以及纯超声成像技术的高分辨率、高穿透深度等优点，非电离且能够对组织功能成像，该项技术为临床医学提供了一种新颖的成像诊断方法。
[0003]压缩感知理论为信号采集技术带来了革命性的突破，它采用非自适应线性投影来保持信号的原始结构，以远低于奈圭斯特频率对信号进行采样，通过数值最优化问题准确重构出原始信号。利用压缩感知理论进行光声重建可以在只有较少传感器数据的情况下，获得很好的光声成像结果。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对传统半球形光声传感装置等间隔布置进行光声数据采集及重建的结果不理想等问题，提供一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置，包括以下步骤:
[0006]步骤一，利用疏密分布的半球形光声传感装置对组织进行首次光声采集；
[0007]步骤二，利用压缩感知理论对组织进行首次重建；
[0008]步骤三，确定首次重建结果中组织的关键部位，并旋转半球形光声传感装置使传感装置中密集块与关键部位对准，进行第二次光声采集；
[0009]步骤四，利用压缩感知理论对组织进行第二次重建。
[0010]本发明中，优选地，所述步骤一，假定传感器数量固定为M，将放置传感器的半球等分为WXM个位置点，WS I。其中，每个位置点可以放置或者不放置传感器。根据所要检测组织的普遍结构，对半球设置特定的疏密布置。半球形光声传感装置的密集块对应组织的关键部位，稀疏块对应组织的非关键部位，其中关键部位即为需要获得更加清晰成像的组织部分。另外，在密集块放置的传感器间距较小，稀疏块放置的传感器间距较大，密集块及稀疏块各自可以等间距的放置传感器。
`[0011]本发明中，优选地，所述步骤二中利用压缩感知理论进行重建的方法，假定重建的组织对应的三维光声图像大小为PXQX R，对所有M个传感器采集得到的数据，先进行傅里叶变换，然后从各频谱数据中抽取N个采样点，组成抽样矩阵Y，然后采用分层重建三维光声图像的方法，根据所要重建的各层光声图像中像素点的坐标计算测量矩阵K，利用正交匹配跟踪算法(OMP)重建得到各层光声图像，最后将各层结果合成三维光声图像。
[0012]本发明中，优选地，所述步骤三，在步骤二的第一次重建结果生成后，观察组织的三维光声重建图像，选取组织的关键部位，并将半球形光声传感装置中的密集块旋转对准组织的关键部位，旋转时保持半球形光声传感装置的球心位置固定，进行第二次光声采集。
[0013]本发明中，优选地，所述步骤四，利用步骤三采集得到的光声数据进行第二次重建，使最终组织关键部位的成像效果更加清晰。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
[0015]图1是本发明方法的半球形光声传感装置的疏密布置示意图。
【具体实施方式】:
[0016]本发明结合压缩感知技术，通过疏密相间的半球形光声传感装置对组织进行两次重建，根据第一次重建结果确定关键部位的具体位置，然后旋转半球形光声传感装置使密集块对准关键部位，并进行第二次重建，从而获得组织关键部位的清晰三维成像结果。
[0017]如图1所示，本发明公开了一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置，包括以下步骤:
[0018]步骤一，利用疏密分布的半球形光声传感装置对组织进行首次光声采集；
[0019]步骤二，利用压缩感知理论对组织进行首次重建；
[0020]步骤三，确定首次重建结果中组织的关键部位，并旋转半球形光声传感装置使传感装置中密集块与关键部位对准，进行第二次光声采集；
[0021]步骤四，利用压缩感知理论对组织进行第二次重建。
[0022]本发明中，步骤一，假定传感器数量固定为M(例如M=256等)，将放置传感器的半球等分为WXM个位置点，每个位置点可以放置或者不放置传感器，其中W ^ I且通常为整数。根据所要检测组织的普遍结构，比如乳房、内脏等，设置特定的疏密布置。如图1所示，其中只包含单个传感器的块被假定为稀疏块，包含四个传感器的块被假定为密集块，假设所要检测的组织普遍存在两个关键部位，则半球形光声传感装置上设置两处密集块，并对准该组织的两处关键部位，半球形光声传感装置余下各块作为稀疏块，对应组织的非关键部位。图1只给出前侧部分的传感器的疏密分布，背侧传感器的疏密分布与之类似。另外，在密集块上放置的传感器之间的间距较小，稀疏块上放置的传感器之间的间距较大，密集块及稀疏块各自可以等间距的放置传感器。
[0023]本发明中，步骤二，要重建三维光声图像，可以将三维组织切割成多层，并分层重建各层光声图像。假设传感器采集到的光声信号&(匕，0与组织的光吸收分布(即光声重建结果)有如下关系:[0024]
【权利要求】
1.一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，利用疏密分布的半球形光声传感装置对组织进行首次光声采集； 步骤二，利用压缩感知理论对组织进行首次重建； 步骤三，确定首次重建结果中组织的关键部位，并旋转半球形光声传感装置使传感装置中密集块与关键部位对准，进行第二次光声采集； 步骤四，利用压缩感知理论对组织进行第二次重建； 所述半球形光声传感装置上的传感器可根据所检测组织的普遍结构进行事先的疏密布置； 所述利用压缩感知理论进行重建的方法为，针对半球形光声传感装置上M个传感器，分别对各传感器所采集到的光声数据做傅里叶变换，然后再从得到的频谱数据中抽取N个采样点，得到MXN大小的抽样矩阵Y，根据重建图像像素点的坐标计算测量矩阵K，然后利用正交匹配跟踪算法(OMP)重建组织的三维光声图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置，其特征在于，所述步骤三中在第一次重建结果生成后，观察组织的三维重建图像，选择组织中所感兴趣的部分为关键部位，将半球形光声传感装置中的密集块旋转对准关键部位，旋转时保持半球形光声传感装置的球心位置固定，然后进行第二次光声采集。
3.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置，其特征在于，所述步骤四，再次利用压缩感知理论对旋转对准后的半球形光声传感装置采集到的光声数据进行重建，提高组织关键部位的成像清晰度。
4.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知理论的半球形光声传感装置，其特征在于，所述疏密布置的方法为，在传感器数量M有限的条件下，将半球等分为W倍传感器数量的位置点，每个位置点可以放置或者不放置传感器，布置时使密集块的传感器间距离较小，稀疏块的传感器间距离较大。
【文档编号】A61B5/00GK103610449SQ201310705248
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】袁杰, 王学鼎, 黄远程, 惠志斌, 韩凌 申请人:常州深美基医用设备有限公司