光声信号的双谱分析方法研究

基于光声效应的光声光谱技术是光学与声学的有机结合, 可利用不同波长的入射光波, 产生不同的光声信号, 从而为组分识别、组织无损检测等提供高对比度图像, 是一种极具潜力的新型医学诊断技术.但光声光谱检测技术由于受检测方法的制约, 往往扫描时间较长, 而且信号的稳定性和图像识别的准确性也较差. 为了弥补单一光声光谱分析的局限性, 根据光声效应原理和振动理论, 提出了一种光声光谱与光声频谱相结合的双谱分析方法. 该方法通过光声频域信息的定量分析, 可以有效地提高不同组织的光声图像对比度, 从而提高光声成像的组分识别能力, 为光声频谱功能成像奠定理论基础. 实验结果显示, 光声光谱与光声频谱相结合的双谱分析方法可以较好地识别实验组织样品, 可实现高速、高分辨率的组分识别、组织探伤等, 具有广泛的应用前景和重要的临床诊断意义. 关键词： 光声成像 光声光谱分析 光声频谱分析     

声透镜对多层样品的光声层析成像

由于光声效应产生光声压分布图像,所以当强散射介质中的模拟吸光组织在受到短脉冲激光照射时,该声压分布会经声透镜成像在像平面上。在像平面上利用线性超声探测器阵列获取光声信号并传递给高速数据采集卡进行数据采集,可由程序重构出光声图像。设计的光声层析成像系统可以采集记录一定深度的数据,成像时只要在所采集到的数据中选取不同列数即可同时获得强散射介质多层样品不同层面的光声图像。实验成功地获得了强散射介质内多层样品不同层面的光声层析图像。该成像方法无需进行复杂的算法重建,且可以同时实现多层样品不同切面的光声成像。     

基于长焦区聚焦换能器的扫描光声乳腺成像技术

报道了一种利用长焦区聚焦超声换能器检测光声信号的扫描光声乳腺成像系统.通过增加聚焦换能器焦区的长度,该技术可以快速实现对大块组织(如乳腺)的光声成像.测试结果表明,该实验系统能够对大块模拟样品中吸收体的位置、尺寸以及光能量吸收情况实现较为准确的成像.另外,实验中,该系统还可便捷地与传统的超声技术相结合,从而实现多模式复合的乳腺癌诊断.初步结果显示了该技术路线在乳腺癌早期诊断应用上的前景. 关键词： 乳腺癌诊断 光声成像 扫描光声层析术 脉冲回波法     

基于多元相控技术的一体化光声快速成像系统

利用多元相控技术发展了一体化光声快速成像系统,该成像系统集成了激光传输、光声激发和光声信号探测.多元线性阵列探测器以反射模式接收光声信号,并通过相控聚焦技术快速成像,得到了不同深度的猪油模拟样品的光声像和活体动物不同直径血管的光声像,系统的横向分辨率为0.5 mm,光声采集成像时间为5 s.该一体化光声快速成像系统与现有的光声成像系统相比,具有快速方便等特点.     

利用维纳滤波改善声透镜光声成像系统的分辨率

为了克服衍射效应对光声成像系统分辨率的限制,需要采用逆卷积方法进行图像反演.从理论上分析了声透镜成像原理,模拟仿真了声透镜的点扩展函数对声透镜成像系统分辨率的影响和维纳滤波解卷积方法复原光声成像的过程,并利用自搭建的声透镜光声成像系统进行了深入的实验研究,得到了物平面上相距4 mm和3 mm的两个黑胶带点的直接成像光声...     

基于LabVIEW平台的高准确度光声成像系统设计

利用虚拟仪器开发软件LabVIEW设计了一套高准确度光声成像系统,整个系统在GPIB总线技术基础上,构架了由超声传感器、数字示波器、可调谐激光器、个人计算机等组成的硬件平台,并开发了配套的控制软件和高抗噪音图像重建算法.在活体脑结构成像中,实验鼠的左右脑、小脑、脑横裂和脑主动脉等脑结构成像清晰,大脑皮层的血管分布特征得到了完整的再现,系统成像分辨率可达200 μm.该系统和方法可望发展为一种无损伤的生物组织结构与功能成像.     

基于探测超声的新型生物组织光声层析成像

利用一束单频探测超声穿过由脉冲激光照射产生的光声激发区域，使之与光致声场产生相互作用，光声信号将耦合到探测束上，再解调探测超声来重建光吸收区域的图像，可以得到丰富的组织信息.该信息不仅反映了组织中光吸收的特性，也反映了组织的声学特性.实验中，通过旋转超声探测器进行数据采集，并利用滤波反投影算法重建图像，可得到高信噪比的光声层析图像.由于激光的窄光谱线宽，其吸收是特征分子选择性的，所以此方法既是一种无损伤的结构层析成像方法，也可用于组织的功能成像.     

实验技术共焦扫描光声层析成像技术的研究

报道了一种新的光声层析成像技术--光声傅里叶变换共焦扫描成像技术.并用该技术获得了强散射物质(生物组织)的层析图像,纵向分辨能力小于0.1mm,横向分辨率小于4mm.     

基于维纳滤波反卷积的光声成像

为了提高光声成像(PAT)的对比度和分辨率,需对组织样品的光声(PA)信号进行基于探头脉冲响应的滤波反卷积以恢复其频谱特性.对宽带光声信号而言,由于带通滤波的截止频率由人为确定,噪声不能得到有效抑制,很难获得稳定的反卷积结果.针对此问题,提出了基于维纳滤波反卷积的光声成像方法,利用点光声源获得超声探头的脉冲响应.利用维纳滤波抑制反卷积过程中噪声的影响,滤波器参数由离散小波变换(DWT)动态估计,样品光声图像由时域后向投影算法重建.数值模拟与成像实验均表明该方法有效地抑制了噪声对反卷积的影响,提高了光声成像的对比度和分辨率.     

可视化聚焦纹影系统实现流场中的三维扰动成像

可视化成像系统可以实现流场中扰动信息的捕获。针对光学纹影系统,分别从理论和实验上对比研究了流场中的三维超声扰动成像。因三维超声场在光传播方向上引起的流体介质密度变化不同,光波穿过密度变化的流场时,其相位累积变化使图像不能真实反映声场的扰动特征。线型栅的聚焦纹影系统因其线型栅会产生多刀口滤波的作用,故不能对流场中的三维超声扰动场实现完整成像。为了获得流场中的三维扰动特征,提出了采用环型源栅和刀口栅的改进聚焦纹影系统。结果表明:由改进聚焦纹影装置得到的图像扰动特征与实际流场中超声扰动特征相一致;结合图像重构技术,实现了流场中三维复杂扰动的重构。     

Photoacoustic microscopy

Photoacoustic microscopy (PAM) is a hybrid in vivo imaging technique that acoustically detects optical contrast via the photoacoustic effect. Unlike pure optical microscopic techniques, PAM takes advantage of the weak acoustic scattering in tissue and thus breaks through the optical diffusion limit (∼1 mm in soft tissue). With its excellent scalability, PAM can provide high‐resolution images at desired maximum imaging depths up to a few millimeters. Compared with backscattering‐based confocal microscopy and optical coherence tomography, PAM provides absorption contrast instead of scattering contrast. Furthermore, PAM can image more molecules, endogenous or exogenous, at their absorbing wavelengths than fluorescence‐based methods, such as wide‐field, confocal, and multi‐photon microscopy. Most importantly, PAM can simultaneously image anatomical, functional, molecular, flow dynamic and metabolic contrasts in vivo. Focusing on state‐of‐the‐art developments in PAM, this Review discusses the key features of PAM implementations and their applications in biomedical studies.     

光声成像研究进展

本文阐述了光声成像的工作原理,光声信号的产生,传播和探测过程,并总结了光声成像的研究进展,包括时域光声成像和频率域光声成像的研究进展、以及各自的特点,为光声成像领域的研究起到一定的借鉴作用。分析认为光声成像技术有着其他医学成像技术没有的诸多优点,如高分辨率、高对比度、成像深度深等具有广阔的应用前景和较高应用价值,是未来生物医学领域最重要的实时医学成像技术之一,因此得到了国际上的广泛关注。     

三维混合域重建算法在太赫兹全息成像中的应用

提出了一种三维混合域重建算法,该算法在垂直方位向采用空间波数域匹配滤波,结合距离水平方位域后向投影技术完成目标三维重建。与三维波数域算法相比,该算法不仅避免了复杂的三维Stolt插值,还继承了后向投影技术便于处理运动补偿的优点。相比传统的三维时域后向投影算法,该算法通过在垂直方位向的波数域处理,运算量显著减少。通过对0.2 THz波段仿真和实验数据的重建,验证了算法的正确性和有效性。     

二维透射式Terahertz波时域谱成像研究

通过THz(Terahertz)波的相位信息和振幅信息来解析出样品某些可用于成像的参量；并且对THz波相位信息成像和振幅信息成像进行了比较.结果显示：当样品对THz波的吸收比较小时，利用THz波的相位信息进行成像比通过振幅信息进行成像质量要好一些；时域谱峰值位置的漂移会对相位信息成像产生较大的影响.实验中发现输出光谱中出现了劈裂现象，即由输入的单峰变成了双峰.分析表明，这一现象是由样品内部厚度或折射率突变导致的，该现象可用于THz波轮廓成像研究.     

一种多重图像融合系统的电配准技术

在多光谱实时图像融合实验系统的基础上,提出一种实现图像融合系统中非共轴光学系统微小量配准的电子学方法,讨论了配准原理、所采用的技术方案及系统实现的技术途径。在机械粗配准之后,系统可快速实现系统微小量的配准功能     

Continuous imaging space in three-dimensional integral imaging

We report an integral imaging method with continuous imaging space. This method simultaneously reconstructs real and virtual images in the virtual mode, with a minimum gap that separates the entire imaging space into real and virtual space. Experimental results show that the gap is reduced to 45% of that in a conventional integral imaging system with the same parameters.     

Simple data acquisition method for multi-dimensional EPR spectral-spatial imaging using a combination of constant-time and projection-reconstruction modalities

A combination of the constant-time spectral-spatial imaging (CTSSI) modality and projection-reconstruction modality was tested to simplify data acquisition for multi-dimensional CW EPR spectral-spatial imaging. In this method, 3D spectral-spatial image data were obtained by simple repetition of conventional 2D CW imaging process, except that the field gradient amplitude was incremented in constant steps in each repetition. The data collection scheme was no different from the conventional CW imaging system for spectral-spatial data acquisition. No special equipment and/or rewriting of existing software were required. The data acquisition process for multi-dimensional spectral-spatial imaging is consequently simplified. There is also no “missing-angle” issue because the CTSSI modality was employed to reconstruct 2D spectral-spatial images. Extra reconstruction processes to obtain higher spatial dimensions were performed using a conventional projection-reconstruction modality. This data acquisition technique can be applied to any conventional CW EPR (spatial) imaging system for multi-dimensional spectral-spatial imaging.     

Head and body imaging by hydrogen nuclear magnetic resonance

A hydrogen (¹H) nuclear magnetic resonance (NMR) imaging study of the normal head, thorax, and limbs is reported. The images are 10 to 15 mm thick transverse slices obtained in 2 to 4 min using a two-dimensional Fourier transform technique. Spatial resolution in the imaging plane is about 2 mm, enabling the optic nerve and many small blood vessels to be observed. Thorax scans show details of the cardiac chambers, aorta wall, and lungs without artefacts arising from physiological motion.     

一种全局参数估计的水下主动偏振去雾算法

为改善水下主动光照明条件下后向散射光对成像的影响，通过分析水下主动偏振成像模型，提出一种基于拟合函数的全局参数估计的水下主动偏振去雾算法。该算法结合图像增强作为图像预处理，再设定二元多项式函数，利用最小二乘法进行后向散射光偏振度变量的拟合求解，得到对比度更高、信息更丰富的水下复原图像。实验结果表明:该算法可有效改善主动光照明条件下的水下图像质量，提高图像对比度，复原被淹没的细节信息，复原图像的图像增强测量值较以往算法相比提升70%，且能适用于不同浓度介质的情况。     

基于太赫兹时域光谱技术的伪色彩太赫兹成像的实验研究

提出了一种伪色彩太赫兹成像技术. 通过引入频域色彩区间积分, 建立了一套基于太赫兹时域光谱技术的伪色彩太赫兹成像系统, 实验分别研究了乳糖和对氨基苯甲酸两种不同白色化学粉末的伪色彩成像和灰度成像, 研究了不同颜色区间定义对伪色彩图像的影响, 讨论了利用不同频率信息成像系统所能达到的空间分辨率. 研究结果表明, 伪色彩成像技术可以将不同的物质信息同时成像在一张太赫兹图像中, 通过不同物质在太赫兹图像中呈现出的颜色差别来区分不同的物质及其分布. 克服了传统的太赫兹灰度成像技术中, 需要多张图像来区分不同的物质的问题, 提高了成像速度, 降低了筛选难度. 利用高频信息进行伪色彩成像, 可以将系统成像的空间分辨率提高到0.4 mm. 伪色彩成像方式可以更直观快捷地显示样品的基本属性, 对于实现太赫兹安检的初检和快速筛选具有重大的现实意义.