【摘 要】
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作为一种混合成像方式,激光超声显微成像近年来逐渐在医学成像领域占据一席之地。对比目前相对成熟的临床医学成像方法,光声显微成像具有非侵入性与非电离性的优势,因此该成像方式得到了越来越高的关注。声分辨率光声显微镜作为光声成像的实施方式之一,在分辨率与成像景深的权衡中存在着各种挑战。单焦点超声换能器的使用能够在焦点处获得较高的分辨率,但会导致焦点外成像质量不佳、成像景深狭窄;阵列超声换能器通过相控聚焦能
【基金项目】
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广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队项目（2016ZT06G375）；
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作为一种混合成像方式,激光超声显微成像近年来逐渐在医学成像领域占据一席之地。对比目前相对成熟的临床医学成像方法,光声显微成像具有非侵入性与非电离性的优势,因此该成像方式得到了越来越高的关注。声分辨率光声显微镜作为光声成像的实施方式之一,在分辨率与成像景深的权衡中存在着各种挑战。单焦点超声换能器的使用能够在焦点处获得较高的分辨率,但会导致焦点外成像质量不佳、成像景深狭窄;阵列超声换能器通过相控聚焦能保持高分辨率同时改善成像景深,但过多的阵元数目会提高系统的复杂程度。成像的分辨率和景深作为图像重构的重要量化指标,如何在二者之间做出权衡是一个关键的问题。本文基于六阵元20 MHz的菲涅尔阵超声换能器,搭建一套声分辨率光声显微成像系统,菲涅尔阵换能器由于自聚焦特性,具有长且窄的焦区,高频菲涅尔阵超声换能器的使用能在保持高分辨率的同时显著提高系统的成像景深。围绕着菲涅尔阵的结构和声场特性,对其建立了成像仿真模型,并结合光声成像系统对其成像性能展开研究。本文主要研究内容如下:1、对产生光声信号的热声学理论进行详细的阐述,针对本文所提的菲涅尔阵超声换能器进行声场理论分析,研究其在理论层面对成像景深拓展的可能性。在数值模拟成像方面,通过Field II仿真工具箱建立菲涅尔阵超声换能器的有限元模型,并对其进行成像分析,对比不同参数下菲涅尔阵成像结果,对菲涅尔阵超声换能器的阵元参数进行选择,验证其成像性能的同时为后续阵元制作提供参考。2、利用制作的20 MHz六阵元的高频菲涅尔阵超声换能器,结合相应的硬件系统及光声信号数据采集软件,搭建了一套声分辨率光声显微镜成像系统。通过将动态聚焦成像算法与换能器各个阵元声场能量进行相关加权对数据进行处理,可以进一步提高成像分辨率,并在不同的样品实验中对该成像系统的成像性能进行分析。碳棒实验中验证了该系统能在大约25 mm的景深范围内提供高质量的光声图像;发丝成像实验中该系统能在16 mm的深度范围内提供约210μm的横向分辨率与170μm的轴向分辨率;而在离体猪眼中对晶状体、虹膜与睫状体等组织的图像重构,揭示了该系统在生物医学上的成像潜力。
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