作者单位
摘要
1 中国人民解放军国防科技大学 气象海洋学院,湖南 长沙 410073
2 中国人民解放军 31110部队,江苏 南京 211101
为了实现对飞秒光丝内部空间结构特征的精细化描述,通过对光丝诱导形成超声信号的正向传播过程进行精细化模拟,然后采用通用反投影算法(UBP)、延迟叠加算法(DAS)和超优光声非负重构算法(SPANNER)等多种光声层析图像重建算法进行反向重建,理论验证了利用多元线性阵列探测的方式重建飞秒单丝和多丝轴向r-z截面图像的可行性。结果表明,当探测距离为3 mm时,单丝和多丝诱导形成的超声信号最大频率约为5 MHz;光声层析法能够较为准确地实现对单丝位置、r-z截面轮廓等信息的反演,但是不同图像重建算法重建效果差异较大。UBP重建算法对单丝的重建存在较为明显的伪影现象;DAS重建算法由于受到“有限孔径效应”的影响,高估了光丝的直径;SPANNER重建算法由于使用最优理论来改进非线性共轭梯度算子,实现了非负性和各向异性总变分正则化,可有效避免噪声干扰,因而对多丝图像的重建效果最好。该研究结果对于揭示光丝结构特征和促进基于光丝的大气应用研究具有一定的参考价值。
飞秒激光成丝 光声层析 线性阵列探测 图像重建算法 femtosecond laser filamentation photoacoustic tomography linear array detection image reconstruction algorithm 
红外与激光工程
2022, 51(8): 20210774
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学(威海)信息科学与工程学院,山东 威海 264209
2 哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江 哈尔滨 150001
3 威高集团有限公司,山东 威海 213000
4 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所,江苏 苏州 215163
光声层析成像是一种非侵入式的医学成像技术,与其他成像方法相比具备诸多优势,可以为肿瘤早期诊断提供新的成像思路。对光声信号的分析与去噪能提高成像系统的信噪比(SNR)和成像质量。为此,提出了一种针对光声信号的智能去噪算法。首先,利用自适应白噪声完备集合经验模态分解完成光声信号的分解;其次,采用小波阈值去噪方法完成对特定模态光声信号的高频去噪;最后,利用K奇异值分解对预处理后的光声信号进行稀疏重构,实现光声信号的智能去噪。仿真和实验结果表明,所提算法在SNR和均方根误差(RMSE)等方面相比于其他去噪算法均有改善,可以有效去除三维肿瘤仿体光声重建图像中的噪点与伪影,并保留图像的边缘信息。所提智能去噪算法能根据含噪光声信号的特征自适应地去噪,达到更好的去噪效果,可以作为一种成像前的辅助手段应用于光声成像领域。
成像系统 光声层析成像技术 经验模态分解 小波阈值 K奇异值分解 噪声 imaging systems photoacoustic tomography empirical mode decomposition wavelet threshold K-singular value decomposition noise 
激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0811006
孟琪 1,2孙正 1,2,*
作者单位
摘要
1 华北电力大学 电子与通信工程系,河北 保定 071003
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室,河北 保定 071003
在生物组织光声层析成像(Photoacoustic Tomography, PAT)算法中,为了简化问题,通常假设在均匀和稳定照明的理想情况下,重建组织的初始声压分布图、光吸收能量分布图和光学特性参数分布图。但在实际应用中,当光在生物组织中传播时,会出现光衰减和光通量分布不均匀的情况,导致重建精度下降。本文对非理想条件下用于补偿由不均匀和不稳定照明所致PAT成像误差的主要方法进行归纳和总结,讨论不同方法的优势和不足。
光声层析成像 图像重建 不稳定照明 光通量 光吸收系数 光衰减 photoacoustic tomography image reconstruction unstable illumination light fluence optical absorption coefficient optical attenuation 
中国光学
2021, 14(2): 307
李娇 1,2,*苗士超 1宋少泽 1路彤 1[ ... ]高峰 1,2
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
在光声层析成像重建方法中,当考虑超声换能器特别是大晶面超声换能器的尺寸影响时,经典的光声模型重建算法需将晶面离散化,通过分别计算每个离散点的正向模型并求和来建立最终的正向模型矩阵。这种基于模型的重建方法已被证明比传统的延迟叠加和反投影重建方法具有更高的精确性,但同时也会导致巨大的时间消耗和计算/存储空间。本文提出了一种基于虚拟平行投影的光声模型重建方法,该方法用直接建立虚拟平行投影的模型矩阵来代替晶面离散点模型矩阵之和,适用于使用大晶面柱形聚焦或平面超声换能器的光声层析成像系统。数值模拟、仿体实验及活体实验结果表明,所提方法与基于离散化晶面的光声模型重建方法具有相似的图像重建性能,但其重建过程的时间消耗和计算/存储空间需求显著降低。
医用光学 光声层析成像 虚拟平行投影 模型重建算法 medical optics photoacoustic tomography virtual parallel-projection model-based reconstruction algorithm 
中国激光
2021, 48(16): 1607001
张国鹏 1,2邓丽军 2白杨 1,2刘国栋 1,*[ ... ]纪轩荣 2
作者单位
摘要
1 江西科技师范大学光电子与通信重点实验室, 江西 南昌 330038
2 广东工业大学精密电子制造技术与装备国家重点实验室, 广东 广州 510006
光声层析成像(PAT)作为一种新兴的成像技术,以独特的免标记、高分辨率、高对比度的多尺度成像能力,在生物医学成像中备受关注,正迅速向临床试验转化。得益于超声探测技术和激光技术的快速发展,PAT系统正逐步实现实时、大视场、高分辨率、高穿透深度的组织结构和功能成像。主要综述了环形阵列式PAT系统在生物医学成像中的研究进展及其在预临床和临床实践中面对的问题。
光声层析成像 环形阵列式超声传感器 生物医学成像 photoacoustic tomography circular array ultrasonic transducer biomedical imaging 
激光与光电子学进展
2020, 57(12): 120004
作者单位
摘要
1 电子科技大学电子科学与工程学院, 四川 成都 610054,
2 电子科技大学电子科学与工程学院, 四川 成都 610054
3 南佛罗里达大学医学工程系, 美国 佛罗里达州 33620
目的: 利用光声层析成像技术(photoacoustic tomography, PAT)监测针灸小鼠阳陵泉穴位(GB34)、静脉注射造影剂金纳米颗粒溶液这两种方法分别施加, 以及共同施加对小鼠大脑皮层脉管系统成像的影响。方法: PAT技术能够对生物组织进行高分辨率无损成像, 反映生物组织的光吸收特性等功能信息。本项研究工作, 利用PAT技术实验获取了正常小鼠活体脑皮层随时间变化的图像, 探讨了针灸及造影剂分别作用以及共同作用下皮层脉管系统的光吸收特性的变化。结果: 三组活体实验发现在针灸及造影剂各自作用下, 皮层脉管系统的光吸收峰值增强比率分别为23.87%以及38.56%; 而在两者共同作用情况下, 其皮层脉管系统的光吸收比外源刺激前进一步增加66.75%。结论: 实验结果显示, PAT技术不但能够全程监测小鼠大脑皮层脉管系统随时间变化的光吸收信息, 而且能够诠释金纳米颗粒结合针灸两者共同作用产生的皮层光吸收增强的复合效应远大于任何一种单独作用产生的效应, 这揭示了针灸辅助造影剂方法有助于大大提高光声脑成像对比度。
光声层析成像 金纳米颗粒 针灸 大脑皮层 对比度 photoacoustic tomography Au nanoparticles acupuncture brain cortex contrast 
激光生物学报
2018, 27(2): 133
作者单位
摘要
1 陕西理工大学 物理与电信工程学院,陕西 汉中 723001
2 北京大学 工学院 生物医学工程系,北京 100871
为了研究不同成像深度对光声层析成像质量的影响,利用多元线性阵列探测器在有限方位进行探测成像。由仿真和实验结果表明,吸收体离探测器越近,其成像效果较好,当多元线性阵列探测器的尺寸与成像深度比小于1时,重建图像畸变明显。在这种情况下,采用旋转扫描探测,其成像效果明显提高。该研究结果对光声层析成像扫描轨迹的设计、成像效果评估具有较好的参考价值。
光声层析成像 成像深度 医用光学与生物技术 photoacousitc tomography imaging depth medical optics and biotechnology 
中国光学
2016, 9(5): 515
作者单位
摘要
1 陕西理工大学 物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723001
2 北京大学 工学院生物医学工程系, 北京 100871
为了实现单元探测器高质量的快速光声图像重建, 提出了不同旋转扫描次数对光声层析成像的影响方案。实验采用的光源为YAG激光器, 波长为1 064 nm, 重复频率为20 Hz, 脉宽为7 ns, 探测器为针状的PVDF膜水听器, 接收直径为1 mm, 得到了26个字母、12根头发丝、树叶骨架和模拟血管的光声重建图像。由仿真和实验结果表明, 在不牺牲光声重建图像质量的前提下, 单元探测器环形扫描一圈, 均匀采集100个位置的信号, 图像重建时间为5.903 s。该研究结果对于单元探测器的快速旋转扫描成像和环形阵列探测器阵元数的设计具有一定的指导意义。
医用光学与生物技术 光声层析成像 不同旋转扫描次数 medical optics and biotechnology photoacoustic tomography different rotating scanning times 
应用光学
2016, 37(5): 700
作者单位
摘要
福建师范大学光电与信息工程学院, 医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建省光子技术重点实验室, 福建 福州 350007
组织氧合作用和光敏剂应用在疾病诊治中都有着重要的作用, 因此其实时在体无损检测很有意义。光动力疗法涉及光敏剂、光和氧分子三大要素,其疗效受组织氧合作用影响。本文对光声成像(PAI)、光声寿命成像(PALI)和多光谱光声层析成像(MSOT)等光声成像技术在光动力疗法的研究和应用中的使用现状进行了综述。对相关设备系统在检测光敏剂、组织氧分压和微血管损伤等方面的应用原理和技术分别进行了介绍, 并总结了这些技术的应用前景。
组织氧 光敏剂 光声成像 光声寿命成像 多光谱光声层析成像 光动力疗法 tissue oxygenation photosensitizer photoacoustic imaging(PAI) photoacoustic lifetime imaging(PALI) multispectral optoacoustic tomography(MSOT) photodynamic therapy(PDT) 
激光生物学报
2016, 25(3): 204
作者单位
摘要
1 东莞理工学院电子工程学院, 广东 东莞 523808
2 东莞理工学院学报编辑部, 广东 东莞 523808
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。
生物光学 光声成像 光声层析成像 声透镜 光声信号 biotechnology photoacoustic imaging photoacoustic tomograph imaging acoustic lens photoacoustic signal 
光学学报
2012, 32(6): 0611002

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