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用于光声成像的二元声学声透镜的研究

李凌燕  
【摘要】:由于光声成像技术可获得高分辨率和高对比度的层析图像,近几年来,该技术成为生物医学影像领域的一大研究热点。目前研究比较成熟的光声成像方法中主要是利用各种数学算法重建光声图像,虽然通过这些成像方法所获得的光声图像分辨率比较高,但需要逐点扫描,耗时长,很难实现在位实时成像。为了能够实现对光声信号的实时再现,我们提出了一种利用声透镜直接对光声信号聚焦成像的方法,不仅可以对光声信号直接实时成像,而且可以利用时间分辨技术实现层析成像,这将为科研和医疗诊断提供更多有价值的信息,具有广泛的应用前景。 2002年我们已经实现了利用声透镜直接对光声信号成像的这种方法,横向分辨率可达到4mm,纵向分辨率可达到0.45mm,2004年瑞士伯尔尼大学应用物理学院的M.Frenz等人也利用声透镜结合CCD成像方法实现了对光声信号的实时三维成像,并且获得的光声图像对比度和灵敏度都比较高。但受到声透镜的色差和像差的限制,图像分辨率相对于算法重建的图像有相当的差距。为了弥补这种差距,提高图像横向分辨率,本文作了如下工作: 1.设计了一种基于二元声学方法的可以消色差的折射/衍射混合声透镜,用折射透镜的球面提供聚焦功能,用表面的浮雕相位波带结构校正轴向色差,并阐述了其消色差的原理。 2.利用菲涅耳衍射理论推导出了单频点声源经过单声透镜后的点扩展函数、有一定带宽的点声源经过单声透镜后的点扩展函数,以及有一定带宽的点声源经过我们设计的混合声透镜后的点扩展函数。并对它们作了理论分析和比较,可以看出经过混合声透镜后的点扩展函数得到了明显的改善。 3.通过计算机模拟了有一定带宽的点声源通过该混合声透镜后像面上的点扩展函数,并与经单声透镜后的点扩展函数做了比较,可以明显看出点扩展函数弥散斑的改善,可以消除色差对成像质量的影响,从而提高成像系统的分辨率。 4.设计了几组实验来测量加工声透镜所必需的参数,通过大量的实验取得了一些有价值的实验数据。


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