基于单地址LUT表的光声图像反投影重构方法技术

本发明专利技术公开了基于单地址LUT表的光声图像反投影重构方法，具体为：根据第一个探头的采用频率、有效信号总时间、超声在生物组织中的传播速度和重构图像的尺寸或分辨率，根据反投影算法预构建第一个探头的LUT查找表；根据线性阵列超声探测器中两探头间距，重构出其他剩余探头的LUT查找表，重构出一个总的LUT查找表；光声图像重构时，根据要去重构的探头上的数据推出该探头对应的查找表；根据每个探头对应的查找表找到相应的重构图像像素点的坐标，然后将相应的探头上的该点超声信号的幅值累加到重构图像该点的像素值上即可重构出需要的光声图像。本发明专利技术解决了现有技术中存在的计算量大以及多LUT查找表存储量大的问题。算量大以及多LUT查找表存储量大的问题。算量大以及多LUT查找表存储量大的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于单地址LUT表的光声图像反投影重构方法


[0001]本专利技术属于光声成像方法
，涉及一种基于单地址LUT表的光声图像反投影重构方法。

技术介绍

[0002]光声成像(Photoacoustic Imaging，PAI))基本原理是当使用非电离辐射(如激光或微波脉冲)照射在人体内的肿瘤上时，肿瘤吸收能量，并转换为热能，温度瞬时升高。由于热量传导相对温度升高要慢很多，可以忽略，从而在组织内部激发出兆赫兹级的超声波，即光声波。光声波携带了组织的电磁吸收分布特性，使用超声换能器探测到光声波后，就可采用相应的图像重建算法计算出组织内部的电磁吸收分布图像。其实光声效应早在1880年就被发现，但只到20世纪90年代，光声效应才被尝试应用于医学成像,2003年《nature》报导了Wang等利用脉冲激光器采用光声成像技术清晰地探测到活体小鼠脑血管的分布,并得到了脑实质病损的清晰成像，推动了纳秒激光脉冲诱导的光声成像技术的发展。
[0003]由于光声成像与光学成像不同，光声成像主要依赖的是生物分子吸收激光脉冲瞬间产生热弹性膨胀来产生声波，而声信号在人体组织中的散射比光低2～3个数量级，因此，光声成像具有与超声成像相当的成像深度和空间分辨率，如在5cm的探测深度下，其分辨率约为0.8mm。可以实现从细胞级到小动物大脑、人体淋巴结癌、乳腺癌及前列腺癌等分辨率从微米到毫米不等的多尺度生物医学成像。
[0004]比较经典的光声成像算法是反投影算法，如图1，左侧为重构图像，右侧为生物组织，内部有一肿瘤组织点M，在生物组织的边界放置至少三个以上的超声探测器的探头。(注：一般超声探测器为线阵探测器，探头在100个以上。)
[0005]由图1可知：三个探头距离组织点的距离不同，三条弧线的交点即可确定该组织点的大概位置，再通过相应的计算即可得到每个探头距离该点距离。反投影过程中根据探测器上每个点到达的时间进行计算得到探测器与生物组织的距离，从而根据这个距离在在重构图像上进行卷积的过程。
[0006]为了提供重构的光声图像的质量，一般都会采用比较多的探测器进行信号的采集和重构，例如基于216个探头组成的线性阵列探测器采集光声信号来重构生物组织的位置，若采用经典反投影算法进行计算，则对于每一个探头都需要进行一次计算，每次计算都有平方和开方运算，共需进行216次才能确定一个点的位置，此方法的缺点是运算量较大，过程较为复杂，因此，会引入超大的计算量和存储容量需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于单地址LUT表的光声图像反投影重构方法，解决了现有技术中存在的计算量大以及多LUT查找表存储量大的问题。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是，基于单地址LUT表的光声图像反投影重构方法，具体按照如下步骤实施：
[0009]步骤1，根据线性阵列超声探测器的探头个数m、线性阵列超声探测器侧采集点数n，即就是单个探头的采集时间点数的总数n；
[0010]步骤2，根据线性超声探测器的探头个数m以及单个探头的采集时间点数的总数n确定重构的图像分辨率为m*n；
[0011]步骤3，根据第一个探头的采用频率、有效信号总时间、超声在生物组织中的传播速度和重构图像的尺寸或分辨率，根据反投影算法预构建第一个探头的LUT查找表；查找表的大小和重构图像的分辨率一致且为m*n，查找表信息就是将重构图像的坐标和超声信号的坐标相互对应起来的数据表，利用查找表的信息可以直接将重构图像的坐标所对应的超声信号的坐标找到，将对应的幅值叠加到重构图像坐标处；
[0012]步骤4，根据线性阵列超声探测器中两探头间距，重构出其他剩余探头的LUT查找表，根据所有LUT查找表之间的规律，重构出一个总的LUT查找表；
[0013]步骤5，光声图像重构时，根据要去重构的探头上的数据，用步骤3得到第一个探头的LUT查找表和步骤4得到其他探头LUT查找表的推断方法推出该探头对应的查找表；
[0014]步骤6，根据每个探头对应的查找表找到相应的重构图像像素点的坐标，然后将相应的探头上的该点超声信号的幅值累加到重构图像该点的像素值上即可重构出需要的光声图像。
[0015]本专利技术的特征还在于，
[0016]步骤1中线性阵列超声探测器侧采集点数n根据如下公式计算：
[0017]n＝t/T
[0018]其中，T为线性阵列超声探测器的一个采样周期，T＝1/f，f为线性阵列超声探测器上信号的采样频率，t为探头的有效信号总时间。
[0019]步骤3具体为：
[0020]步骤3.1，建立一个m
×
n的0矩阵，矩阵命名为A，其中m为探头个数，n为单个探头的采集时间点数的总数；
[0021]步骤3.2，首先定义变量y为探头序列号，取值范围为1
‑
m，x为探头采集时间点数，取值范围为1
‑
n，以1号探测器位置为原点建立直角坐标系，横坐标最小单位为探头在一个周期中采集深度h(1)，纵坐标最小单位为两个探头的相邻距离，以1号探头位置点为圆心，深度h(x)＝xvT为半径绘制n个圆弧，圆弧与y＝1,2
…
m相交产生一交点，其中v为超声在生物组织的传播速度；
[0022]步骤3.4，将用来绘制圆弧的半径中的x作为矩阵第一位地址，交点的纵坐标为矩阵第二位地址，交点的横坐标作为幅值写入矩阵，得到1号传感器的LUT查找表。
[0023]步骤3.2进行画弧的过程中，当交点坐标为小数时，对交点采用近似取整操作，使得交点坐标都是1的整数倍。
[0024]h(1)＝vT。
[0025]步骤4具体为：
[0026]由于每一路探头所探测的时间步长与探测周期是相同的，因此每个探测点之间的间距也是相同的，即每点画弧的半径相同，对1号探头每点进行画弧所对应交点的坐标，同样过程对2号探头每点画弧得到所对应交点的坐标，2号探头的坐标相较于1号探头向下平移一个格点，且第一行弧线交点横坐标与第三行交点横坐标相同，LUT查找表就是弧线交点
坐标信息，2号探头的LUT查找表即为将一号探头整体向下平移一行且将1号探头的LUT查找表第2行整体复制到2号探头LUT查找表的第一行；以此类推，3号探头LUT查找表即为将1号查找表向下平移两行，将1号探头查找表的2和3两行作为3号探头查找表的2和1两行，根据这一规律重构出一个总的LUT查找表，共有2m
‑
1行，第m行为1号表的第一行，第m
‑
1行和第m+1行都为1号探头查找表第二行，第m
‑
2行和第m+2行都为1号探头查找表的第三行，以此类推，根据1号探头的LUT查找表即可推断出其余所有探头的LUT查找表。
[0027]步骤4具体为：
[0028]设定线阵超声探测器满足下面两个要求：
[0029]①
每个探头之间的间距为一固定值；
[0030]②
每个探头的采集频率和有效信号的总时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于单地址LUT表的光声图像反投影重构方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：步骤1，根据线性阵列超声探测器的探头个数m、线性阵列超声探测器侧采集点数n，即就是单个探头的采集时间点数的总数n；步骤2，根据线性超声探测器的探头个数m以及单个探头的采集时间点数的总数n确定重构的图像分辨率为m*n；步骤3，根据第一个探头的采用频率、有效信号总时间、超声在生物组织中的传播速度和重构图像的尺寸或分辨率，根据反投影算法预构建第一个探头的LUT查找表，查找表的大小和重构图像的分辨率一致且为m*n，查找表作用就是将重构图像的坐标和超声信号的坐标相互对应起来的数据表，利用查找表的信息可以直接将重构图像的坐标所对应的超声信号的坐标找到，将对应的幅值叠加到重构图像坐标处；步骤4，第一个探头的LUT查找表推导出其余m
‑
1个探头的LUT查找表，再根据所有LUT查找表之间的规律，重构出一个总的LUT查找表；步骤5，光声图像重构时，根据要去重构的探头上的数据，用步骤3得到第一个探头的LUT查找表和步骤4得到其他探头LUT查找表的推断方法推出该探头对应的查找表；步骤6，查找表就是重构图像的像素点的坐标和超声信号两个关系的信息表，根据每个探头对应的查找表找到相应的重构图像像素点的坐标，然后将相应的探头上的该点超声信号的幅值累加到重构图像该点的像素值上即可重构出需要的光声图像。2.根据权利要求1所述的基于单地址LUT表的光声图像反投影重构方法，其特征在于，所述步骤1中线性阵列超声探测器侧采集点数n根据如下公式计算：n＝t/T其中，T为线性阵列超声探测器的一个采样周期，T＝1/f，f为线性阵列超声探测器上信号的采样频率，t为探头的有效信号总时间。3.根据权利要求2所述的基于单地址LUT表的光声图像反投影重构方法，其特征在于，所述步骤3具体为：步骤3.1，建立一个m
×
n的0矩阵，矩阵命名为A，其中m为探头个数，n为单个探头的采集时间点数的总数；步骤3.2，首先定义变量y为探头序列号，取值范围为1
‑
m，x为探头采集时间点数，取值范围为1
‑
n，以1号探测器位置为原点建立直角坐标系，横坐标最小单位为探头在一个周期中采集深度h(1)，纵坐标最小单位为两个探头的相邻距离，以1号探头位置点为圆心，深度h(x)＝xvT为半径绘制n个圆弧，圆弧与y＝1,2
…
m相交产生一交点，其中v为超声在生物组织的传播速度；步骤3.4，将用来绘制圆弧的半径中的x作为矩阵第一位地址，交点的纵坐标为矩阵第二位地址，交点的横坐标作为幅值写入矩阵，得到1号传感器的LUT查找表。4.根据权利要求3所述的基于单地址LUT表的光声图像反投影重构方法，其特征在于，所述步骤3.2进行画弧的过程中，当交点坐标为小数时，对交点采用近似取整操作，使得交点坐标都是1的整数倍。5.根据权利要求4所述的基于单地址LUT表的光声图像反投...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冬芳，皮明超，余宁梅，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：