哈爾濱工業大學孫明健副教授課題組提出基于壓縮感知方法的合成孔徑光聲斷層成像模式，在不增加數據采集硬件資源的條件下，通過合成孔徑和壓縮感知技術克服了傳統線性超聲陣列的缺點。該項研究對光聲斷層成像技術在臨床轉化方面的應用具有一定的推動作用。

 

孫明健副教授（第二排左起第七位）及其課題組成員

 

光聲成像技術是近年來日益發展起來的一種非侵入式和非電離式的新型生物醫學成像方法，具備高光學對比度和高聲學分辨率的成像特點。目前基于線性超聲陣列的光聲斷層成像技術作為傳統超聲成像的有力補充，在臨床醫學研究上引起了廣泛重視，但存在因探測角度受限而造成的組織結構缺失和空間分辨率較低的問題。

 

哈爾濱工業大學控制科學與工程專業孫明健副教授課題組的博士生藺祥偉提出了基于壓縮感知方法的合成孔徑光聲斷層成像模式，在不增加數據采集硬件資源的條件下，通過合成孔徑和壓縮感知技術克服了傳統線性超聲陣列的上述缺點，并分別完成了相關仿真和仿體驗證實驗。通過基于空間復合的合成孔徑技術，可實現對生物組織的三維多角度空間掃描，彌補了因線性陣列角度受限造成的組織結構缺失問題，同時提高了系統的空間分辨率；通過壓縮感知方法，可以利用更少的硬件資源完成光聲數據采集，在降低硬件成本的基礎上保證組織結構的完整性和系統分辨率。

 

 

(I) 基于壓縮感知稀疏采樣的合成孔徑光聲斷層成像概念模型，這一方法可用于解決血管仿體的探測角度受限問題(II) 和實現系統的空間分辨率增強（III）。(a)-(d) 分別展示了中心陣列反投影重建、合成孔徑反投影重建、合成孔徑稀疏重建、1/4合成孔徑稀疏重建結果。（III）（e）為對空間分辨率的定量分析。

 

該項研究的創新之處在于將壓縮感知方法運用到基于空間復合的合成孔徑成像技術中，可在臨床現有超聲成像設備的基礎上完成多角度的稀疏數據采集和壓縮感知重建，能夠完整展現大血管、人體乳腺組織結構，對光聲斷層成像技術在臨床轉化方面的應用具有一定的推動作用。相關研究成果發表在Chinese Optics Letters 2017年第10期上（Xiangwei Lin, et al., Compressed sensing in syntheticaperture photoacoustic tomography based on a linear-array ultrasound transducer）。

 

孫明健副教授表示，這項工作通過多角度稀疏數據采集和壓縮感知重建方法，大大提高了光聲斷層成像技術的系統分辨率以及其在臨床轉化方面的應用潛力。

 

后續研究工作主要是在合成孔徑成像中針對特定組織結構，如小鼠全身、大鼠頸動脈、人體乳腺組織、外周血管等，尋找最優稀疏采樣率進行壓縮感知重建，為實現稀疏合成孔徑光聲成像的臨床應用做出努力。