二维光声成像技术在医学检测中的基础研究

论文摘要

基于热声效应的光声成像技术，是以脉冲光作为激励源、声信号作为信息载体，通过对采集到的一组声信号进行图像重建处理得到组织内部结构信息的一种成像方法，这种方法有机地结合了光学成像和声学成像的特点，可以实现深层组织的高精度、高对比度成像检测，在医学应用领域中具有广阔的应用前景，成为医学影像技术领域的研究热点。 本论文从光声信号产生的机理出发，进行理论分析、计算机仿真和理想模拟实验相结合的方法来研究和解决光声成像研究中遇到的实际问题，完成了相应的光声成像系统，实现了模拟样品、离体生物组织样品成像，成功地获得了活体白鼠脑部血管成像图，为利用光声技术实现乳房癌早期诊断和小动物脑部功能成像的应用打下应有的理论和实验基础。主要工作内容包括： 1、研究了光声成像技术的理论，提出了测量位置数和信号信噪比对成像质量的影响因素。用均方根距离作为成像质量的判据，发现了光声重建图像质量随着测量位置数或信号信噪比增加，呈幂指数上升趋势，存在一个的拐点，拐点位置由测量对象和测量实际情况决定。当测量位置数或信噪比大于该点时，二者的继续增加对成像质量的提高不是很显著，当测量位置数或信噪比小于该点时，重建图像质量会随着二者的减小而显著下降。这一个结论为合理选择测量方案提供重要的理论依据。 2、系统研究了介质光学参数对光声信号的影响。发现了吸收体周围介质的光学参数只通过改变光能量分布特性来影响光声信号的幅值，而对光声信号形状的影响较小，甚至没有影响。在重建图像中，只影响图像的对比度而不改变图像的精度。 3、结合应用情况，在综合考虑测量位置数和信噪比与成像质量的关系前提下，提出了在测量时间有限的条件下测量方案的选取方法。为如何处理二者在实际应用中产生的矛盾提供了解决方案。 4、研究了单段测量范围和多段测量范围对重建图像质量的影响，提出了根据测量范围来预测重建图像中的成像盲点，或成像不可靠区域的方法。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 课题的研究意义
• 1.2.1 医学影像学的发展现状
• 1.2.2 光声成像技术的优点
• 1.3 光声成像技术的发展历史
• 1.3.1 光声技术的发展简史
• 1.3.2 光声成像技术的发展概况
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 光声信号的产生及其与介质光学参数的关系
• 2.1 光声信号产生的机理
• 2.2 光声信号检测方法
• 2.3 声传输基本理论
• 2.4 热弹效应下的光声信号产生机理
• 2.5 组织光学基础知识
• 2.5.1 常见组织光学参数介绍
• 2.5.2 光在组织中的传输理论
• 2.5.3 蒙特卡罗模拟法
• 2.6 介质参数对光声信号影响的实验研究
• 2.7 本章小结
• 第三章 光声图像重建算法及信号处理方法
• 3.1 引言
• 3.2 反投影方法简介
• 3.3 逆 Radon变换
• 3.4 基于样品及点源光声信号逆卷积的重建方法
• 3.5 基于精确解的重建算法
• 3.6 模拟研究
• 3.7 本章小结
• 第四章 测量条件对光声重建图像影响的研究
• 4.1 引言
• 4.2 测量范围对光声重建图像质量的影响
• 4.2.1 理论分析
• 4.2.2 模拟研究
• 4.2.3 实验验证
• 4.2.4 本节小结
• 4.3 测量位置数和信噪比对成像质量影响的研究
• 4.3.1 理论分析
• 4.3.2 模拟研究
• 4.3.3 本节小结
• 4.4 本章小结
• 第五章 乳房癌早期诊断和脑功能光声成像的基础实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 光声成像系统的精度和成像质量分析
• 5.2.1 实验系统
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 实验结果与讨论
• 5.2.4 结论
• 5.3 乳房癌模拟组织的光声成像实验研究
• 5.3.1 乳房癌早期诊断现状
• 5.3.2 实验系统
• 5.3.3 实验方法
• 5.3.4 实验结果与讨论
• 5.3.5 结论
• 5.4 光声成像在脑功能成像中的基础研究
• 5.4.1 脑功能成像技术现状
• 5.4.2 离体的兔子耳朵血管成像
• 5.4.3 白鼠（已死亡）脑部血管成像
• 5.4.4 活体白鼠脑部血管成像
• 5.4.5 实验讨论
• 5.4.6 结论
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 博士期间发表的论文
• 致谢