本文關(guān)鍵詞： 光聲斷層成像 聲速分布 雙對(duì)比度光聲成像 成像視角 側(cè)向分辨率　出處：《南京大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：光聲斷層成像技術(shù)是近年來(lái)興起的一種將傳統(tǒng)聲學(xué)成像和傳統(tǒng)光學(xué)成像進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的一種醫(yī)學(xué)成像技術(shù),利用生物組織的光吸收系數(shù)作為主要成像參數(shù),通過重構(gòu)算法重構(gòu)出圖像,因而重構(gòu)出的圖像具有高對(duì)比度;同時(shí),相關(guān)生物信息的物理載體是超聲波,因此,這種光聲成像與現(xiàn)有的超聲成像技術(shù)類似,可以在深層組織中獲得高分辨率的影像;在安全性方面,這種技術(shù)采用了低功率激光作為信號(hào)激發(fā)源,不會(huì)產(chǎn)生電離輻射,對(duì)生物體具有可靠的安全性。基于上述因素,光聲成像技術(shù)在光學(xué)、聲學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛而持久的關(guān)注。目前生物醫(yī)學(xué)光聲成像技術(shù)面臨的一大挑戰(zhàn)在于:現(xiàn)有的圖像重構(gòu)方法是建立在被測(cè)物體為聲參數(shù)均勻介質(zhì)這一假設(shè)前提上的,然而實(shí)際應(yīng)用中,生物組織均為聲參數(shù)不均勻介質(zhì)。此外,光聲斷層成像多用于軟組織,如血管、乳腺等,而在硬組織中則很少涉及,因此,關(guān)于光聲斷層成像在硬組織中的成像效果的研究則十分的必要。另外,傳統(tǒng)的光聲斷層成像系統(tǒng)所使用的超聲換能器具有不能兼顧側(cè)向分辨率和成像視角的問題,有效的解決這個(gè)問題對(duì)于提高光聲斷層成像的成像效果具有十分重要的意義。為了解決上述問題,本文圍繞光聲成像基本機(jī)制和聲波的傳播特性,利用數(shù)值模擬、樣品實(shí)驗(yàn)等研究手段,對(duì)如何提高不均勻介質(zhì)中的光聲斷層成像的成像效果和光聲斷層成像在硬組織中的成像進(jìn)行了詳細(xì)研究和深入討論,并根據(jù)理論結(jié)果設(shè)計(jì)了非對(duì)稱矩形換能器。本文的具體安排如下:第一章光聲斷層成像概述:概述了當(dāng)前主流的生物醫(yī)學(xué)成像方法,討論了光聲成像相比于這些成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),綜述了生物醫(yī)學(xué)光聲成像技術(shù)的發(fā)展歷程以及發(fā)展趨勢(shì)。第二章光聲斷層成像控制采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)(系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)):根據(jù)光聲效應(yīng)基本原理,并結(jié)合實(shí)際情況,搭建了基于單個(gè)超聲換能器的光聲斷層成像平臺(tái)。并通過仿體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所搭建平臺(tái)的成像效果和相關(guān)性能指標(biāo)。第三章光聲斷層成像聲學(xué)探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì):在光聲斷層成像系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的超聲換能器有著側(cè)向分辨率和接受視角不可兼得的問題。為了解決這一問題,我們從換能器的指向性和接收視角理論出發(fā),計(jì)算得到了換能器尺寸參數(shù)對(duì)其在成像平面和側(cè)向成像效果的影響,并設(shè)計(jì)了非對(duì)稱矩形線聚焦換能器。第四章光聲斷層成像重構(gòu)算法:首先分析了光聲斷層成像的理論基礎(chǔ),包括光聲信號(hào)的激發(fā)機(jī)制和生物組織光吸收系數(shù)分布的重構(gòu)方法。其次,介紹了以光聲信號(hào)頻譜斜率為參數(shù)的重構(gòu)方法,以及考慮到換能器成像視角及聲波散射的重構(gòu)算法。第五章針對(duì)目前的多數(shù)圖像重構(gòu)算法都是建立在"組織內(nèi)部聲速均勻分布"這一假設(shè)之上,我們?cè)谇叭说难芯炕A(chǔ)之上,提出了一種將超聲斷層成像與光聲斷層成像相結(jié)合的方法,以此提高光聲斷層成像在聲速分布不均勻組織內(nèi)的成像質(zhì)量。第六章光聲斷層成像系統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用:我們提出了一種雙對(duì)比度光聲斷層成像的成像模式用于對(duì)人類牙齒進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。其中,B模式光聲成像和生物組織的光吸收系數(shù)有關(guān),其成像參數(shù)是生物組織相應(yīng)光聲信號(hào)的幅值。S模式光聲成像和生物組織的微結(jié)構(gòu)性質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)有關(guān),其成像參數(shù)是生物組織相應(yīng)光聲信號(hào)的頻譜斜率。第七章總結(jié)與展望:對(duì)本文的工作進(jìn)行了總結(jié),并在本文工作的基礎(chǔ)上,對(duì)未來(lái)計(jì)劃開展的工作進(jìn)行了展望。綜上所述,本文以光聲斷層成像系統(tǒng)及其應(yīng)用研究對(duì)象,利用理論計(jì)算、數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)、樣品實(shí)驗(yàn)等多種手段開展研究,有效改善了光聲斷層成像在聲速不均勻介質(zhì)中的成像效果,并成功將光聲斷層成像技術(shù)應(yīng)用于檢測(cè)牙齒早期疾病。此外,設(shè)計(jì)的不對(duì)稱矩形換能器也提高了光聲斷層成像系統(tǒng)側(cè)向分辨率和成像視野。本文的研究?jī)?nèi)容,從理論探索和實(shí)踐應(yīng)用的角度均具有一定的意義。
[Abstract]:In order to solve the above - mentioned problems , it is necessary to reconstruct the imaging effect of photoacoustic tomography and the imaging effect of photoacoustic tomography in hard tissues . The paper first analyzes the theoretical basis of photoacoustic tomography , including the excitation mechanism of photoacoustic signal and the method of reconstructing optical absorption coefficient of biological tissue .

【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R318;TP391.41

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本文編號(hào)：1544552