CN111012316B - 一种光声乳腺的图像重建系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光声乳腺的图像重建系统，包括用于产生脉冲激光的激光器、检测乳腺超声信息的阵列探测器和成像单元；成像单元对阵列探测器获取的每路信息进行时频变换、锁定病灶位置并对病灶位置以外位置进行衰减后再反变换到时域中成像剪裁；阵列探测器包括多个构成环形阵列的阵元，所述阵元为仅在环形阵列轴向上聚焦的聚焦探头且聚焦探头聚焦面的曲率半径为环形阵列的内半径。其提高乳腺肿瘤成像的轴向分辨率和系统的层析成像能力，降低带重建信号的信噪比，提高乳腺肿瘤信号的信噪比，在降低噪声的同时不损失肿瘤的有用信息，提高乳腺图像重建的准确性。

Description

一种光声乳腺的图像重建系统
技术领域
本发明涉及乳腺成像技术领域，更具体的说是涉及一种光声乳腺的图像重建系统。
背景技术
乳腺疾病是源于乳腺腺体、脂肪、淋巴、血管、乳头等乳腺相关组织的疾病，包括乳腺炎症性疾病、乳腺良性病变、乳腺恶性肿瘤、先天发育异常及男性乳腺发育等。现有对于乳腺疾病检查的方法很多，包括钼靶X光成像、核磁共振成像、超声成像、红外成像、光声成像等。
现有采用阵列传感器对采集乳腺光声信息，通过升降控制装置控制阵列传感器的上下位置，实现对乳腺不同断层信息的采集。其存在以下问题：
多乳腺组织多断层信息采集时，层析间间距小，现有阵列探测器单个探头表面为平面，在轴向上存在发散角，其接收的超声信息包含乳腺组织的多断层信息，导致轴向分辨率较低，使得采用现有的环形阵列，其层析成像能力弱，轴向成像分辨率低；
现有光声成乳腺图像重建其采用图像采集、图像剪裁、图像分析的方法，采用该方法虽然能实现解决其他成像技术精度和时间的缺陷，但是，直接对数据进行采集剪裁分析，其存在以下问题，即采集的图像中存在很多干扰或无用信息，需先对图像信息进行处理。采用现有的滤波方法虽然可以降低噪声，但是，也容易滤除肿瘤信号，影响成像的准确度。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种光声乳腺的图像重建系统。
本发明通过下述技术方案实现：
一种光声乳腺的图像重建系统，包括用于产生脉冲激光的激光器、检测乳腺超声信息的阵列探测器和成像单元。
由于肿瘤组织相较于周围的正常组织而言，肿瘤光声信号的特征在时频域上表现的更加明显，即在时频域上某一小段时间内，频率成分和幅值都会更高，故成像单元对阵列探测器获取的每路信息进行时频变换、锁定病灶位置并对病灶位置以外位置进行衰减后再反变换到时域中成像剪裁；其先对超声信息进行时频变换，将其转换到时频域上，锁定病灶肿瘤位置并对其他位置进行衰减后再将其变换到时域中，可以降低带重建信号的信噪比，提高乳腺肿瘤信号的信噪比，在降低噪声的同时不损失肿瘤的有用信息，提高乳腺图像重建的准确性。
该阵列探测器包括多个构成环形阵列的阵元，所述阵元为仅在环形阵列轴向上聚焦的聚焦探头且聚焦探头聚焦面的曲率半径为环形阵列的内半径。即采用聚焦探头，仅在环形阵列轴向上实现面聚焦，聚焦面的曲率半径为环形阵列的内半径，以解决存在发散角的问题，提高乳腺肿瘤成像的轴向分辨率，提高了系统的层析成像能力，为乳腺肿瘤的诊断和预后提供更加全面的影像学信息。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的阵元采用聚焦探头，实现在轴向上聚焦，解决轴向上存在发散角的问题，提高乳腺肿瘤成像的轴向分辨率，提高了系统的层析成像能力，为乳腺肿瘤的诊断和预后提供更加全面的影像学信息。
2、本发明对超声信息进行时频变换，将其转换到时频域上，锁定病灶肿瘤位置并对其他位置进行衰减后再将其变换到时域中，可以降低带重建信号的信噪比，提高乳腺肿瘤信号的信噪比，在降低噪声的同时不损失肿瘤的有用信息，提高乳腺图像重建的准确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明阵列探测器的一种结构示意图。
图2为图1的A-A视图。
图3为本发明阵列探测器的另一种结构示意图。
图4采用本方案方法检测的图像。
图5采用现有方案方法检测的图像。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种光声乳腺的图像重建系统，包括用于产生脉冲激光的激光器、检测乳腺超声信息的阵列探测器和成像单元，所述成像单元对阵列探测器获取的每路信息进行时频变换、锁定病灶位置并对病灶位置以外位置进行衰减后再反变换到时域中成像；
该阵列探测器包括多个构成环形阵列的阵元，所述阵元为仅在环形阵列轴向上聚焦的聚焦探头且聚焦探头聚焦面的曲率半径为环形阵列的内半径。
本实施例的各阵元在轴向聚焦，解决了现有阵元轴向上发散角的存在导致乳腺肿瘤成像的轴向分辨率低的问题，使轴向上仅保留单一断层信息，提高了系统的层析成像能力，为乳腺肿瘤的诊断和预后提供更加全面的影像学信息。
各阵元的输出信号经成像单元处理后成像，成像单元基于时频分析方法进行成像，其在时频域上锁定病灶区域并对其他区域进行衰减，在时频域上锁定病灶信息，提高病灶信息分析的准确性；对其他区域进行衰减，不会破坏病灶区域图像的效果，且保持了病灶区域的图像特征信息，没有破坏病灶区域图像的实际效果，采用上述方法，在保留肿瘤有用信息的基础上可提高乳腺肿瘤信号的信噪比，提高成像准确度。
环形阵列中阵元的数量不限，可采用128个或更多的阵元构成，在此不做具体限定。本实施例的阵元可采用多种方式实现，下面以实施例2、3对其实现方式进行具体说明。
实施例2
如图1、2所示，阵元即聚焦探头包括第一外壳11、密封层14、第一压电元件12、第一背衬层13。第一外壳作为整体的外部支撑保护结构，其一端为检测开口端，第一压电元件12设置在该检测开口端，其采用金属材料制成。第一压电元件12的两面分别覆有正电极和负电极，第一压电元件12前端面即覆有负电极的一面为聚焦面，负电极与第一外壳11相连，第一压电元件12整体轴向截面为弧形，径向截面仍保持平面；第一压电元件12的后端面即覆有正电极的一面浇筑第一背衬层13，以降低振荡，提高信号质量；第一压电元件12的正电极经第一引线15引出，第一引线15依次穿过第一背衬层13、第一外壳11。密封层14置于第一外壳内，包覆在第一压电元件12、第一背衬层13外，实现密封，其采用高分子材料譬如环氧树脂。
该有结构的聚焦探头，对第一压电元件的塑形能力有一定要求，可采用PVDF压电薄膜或其他可塑形的压电材料。PVDF压电薄膜具有压电系数高、易于塑形，可提高探头信号检测的准确性。
实施例3
若压电元件的可塑性不强，譬如压电陶瓷等材料，可采用如图3所示的聚焦探头结构，其包括第二外壳21、第二压电元件22、第二背衬层23、声透镜24。同样的，第二外壳21作为整体的外部支撑保护结构，其一端为检测开口端。由于压电元件的可塑性不强，其不能制成聚焦的弧形结构，故可将第二压电元件22制成条形结构，声透镜后端面与第二压电元件22贴合，前端面的轴向截面为弧形，径向截面仍保持平面。此处需要说明的是，前端面指在使用时与乳腺组织较近的一面。第二压电元件22的两面分别覆有正电极和负电极，覆有负电极的一面与声透镜24贴合，负电极与第二外壳21相连，正电极经第二引线25引出第二外壳21，第二引线25依次穿过第二背衬层23、第二外壳21与外部的射频插座连接。
优选的，第二压电元件22可采用PZT压电陶瓷。声透镜24采用有机玻璃。
实施例4
基于上述实施例，本实施例公开一具体实施方式，即一种光声乳腺的图像重建系统，包括用于产生脉冲激光的激光器、检测乳腺超声信息的阵列探测器和成像单元，
阵列探测器包括128个阵元，128个阵元构成一直径为20厘米的环形阵列；阵元采用实施例2中的结构，单个阵元的探测面的长度的15mm、高度为3mm，单个阵元聚焦面在轴向上的曲率半径为10厘米。采用上述系统可提高乳腺肿瘤成像的轴向分辨率和系统的层析成像能力，为乳腺肿瘤的诊断和预后提供更加全面的影像学信息。
阵列探测器的信号传输给成像单元，成像单元接收到信号后，对没路信号分别采用下述方式进行成像：
A、采用短时分数阶傅里叶变换、S变换等方法分别对每路图像信息进行时频变换，将其变换到时频域上；
B、时频域中以时间为横轴、频率为纵轴，肿瘤光声信号在时频域上表现为更加明显，将频率成分高、幅值高且呈现聚集态的区域标定为病灶位置；
C、对时频图中除病灶位置以外的位置进行衰减，具体的，对时频图中除病灶位置以外的时频强度值乘以权重系数进行衰减；
D、将时频域信息反变换到时域中，得到降噪的光声信息；
E、采用延迟叠加或滤波反投影算法对光声信息进行成像，并根据成像图观察得出的疑似病灶的位置，根据病灶位置对采集的数据进行裁剪，裁剪得到疑似病灶及其周边区域的数据，得到乳腺成像图。
采用本系统对同一病患的乳腺组织进行光声图像重建，采用现有方法获得图像如图5所示，采用本发明的方法和系统获得图像如图4所示，对比图5圈中部分和图4相应部分可见，本方案的成像准确度更高。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光声乳腺的图像重建系统，其特征在于，包括用于产生脉冲激光的激光器、检测乳腺超声信息的阵列探测器和成像单元，所述成像单元对阵列探测器获取的每路信息进行时频变换、锁定病灶位置并对病灶位置以外区域进行衰减后再反变换到时域中成像剪裁；
阵列探测器的信号传输给成像单元，成像单元接收到信号后，对每路信号分别采用下述方式进行成像：
A、采用短时分数阶傅里叶变换、S变换方法分别对每路图像信息进行时频变换，将其变换到时频域上；
B、时频域中以时间为横轴、频率为纵轴，肿瘤光声信号在时频域上表现为更加明显，将频率成分高、幅值高且呈现聚集态的区域标定为病灶位置；
C、对时频图中除病灶位置以外的位置进行衰减，对时频图中除病灶位置以外的时频强度值乘以权重系数进行衰减；
D、将时频域信息反变换到时域中，得到降噪的光声信息；
E、采用延迟叠加或滤波反投影算法对光声信息进行成像，并根据成像图观察得出的疑似病灶的位置，根据病灶位置对采集的数据进行裁剪，裁剪得到疑似病灶及其周边区域的数据，得到乳腺成像图；
该阵列探测器包括多个构成环形阵列的阵元，所述阵元为仅在环形阵列轴向上聚焦的聚焦探头且聚焦探头聚焦面的曲率半径为环形阵列的内半径。
2.根据权利要求1所述的一种光声乳腺的图像重建系统，其特征在于，所述成像单元包括：
对每路信息进行时频变换、锁定病灶位置并对病灶位置以外区域进行衰减后再反变换到时域中成像的成像模块；
判断病灶位置并剪裁出病灶位置及其周围区域数据的数据剪裁模块。
3.根据权利要求1所述的一种光声乳腺的图像重建系统，其特征在于，所述成像单元还包括对剪裁数据进行定量成像得到病灶的血红蛋白浓度和氧饱和度的图像分析模块。
4.根据权利要求1所述的一种光声乳腺的图像重建系统，其特征在于，所述聚焦探头包括第一外壳（11）、浇筑在第一外壳（11）内的密封层（14）、两面分别覆有正电极和负电极的第一压电元件（12）、浇筑在第一压电元件（12）正电极面上的第一背衬层（13），所述第一压电元件（12）截面为弧形，所述第一压电元件（12）的正电极经第一引线（15）引出第一外壳（11）且负电极与第一外壳（11）相连。
5.根据权利要求4所述的一种光声乳腺的图像重建系统，其特征在于，所述第一压电元件（12）为PVDF压电薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种光声乳腺的图像重建系统，其特征在于，所述聚焦探头包括第二外壳（21）、两面分别覆有正电极和负电极的第二压电元件（22）、浇筑在第二压电元件（22）正电极面上的第二背衬层（23）和置于第二压电元件（22）负电极面上声透镜（24），所述声透镜（24）的前端面为弧形，所述第二压电元件（22）的正电极经第二引线（25）引出第二外壳（21）且负电极与第二外壳（21）相连。
7.根据权利要求6所述的一种光声乳腺的图像重建系统，其特征在于，所述第二压电元件（22）为PZT压电陶瓷。
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