一种基于数值积分的精确空间聚焦仿真方法及其在光声断层成像中的应用
医学物理
2024-09-17 v1 图像与视频处理
摘要
超声换能器的空间灵敏度极大地影响其在不同应用中的适用性，该灵敏度取决于换能器表面的形状。精确模拟这些空间效应对于换能器表征与设计以及成像应用中的系统响应建模至关重要。在光声成像中，使用宽带换能器以利用信号丰富的频率内容，但使用通用的波动方程求解器对其进行高精度模拟会带来极高的内存和时间成本。因此，人们开发了专门用于模拟由空间脉冲响应（SIR）描述的孤立空间聚焦特性的工具。然而，SIR 具有挑战性的数值计算，以及为了模拟系统响应需要将 SIR 与光声吸收体产生的波形进行卷积，导致基于 SIR 的方法存在数值不准确性。此外，这些方法的近似误差无法先验控制。为了规避与显式计算 SIR 相关的问题，我们提出直接计算所需波形与 SIR 的卷积，我们将其称为空间脉冲响应（SPR）。我们证明，通过使用 h-自适应求积算法，计算 SPR 的精度可以显著高于基于 SIR 的参考方法，并且可以通过容差参数控制近似误差。此外，将精确的 SPR 模拟集成到基于模型的光声图像重建中，被证明可以提高图像对比度并减少噪声伪影。精确的系统表征和仿真可带来更好的成像性能，最终提升光声成像系统在临床应用中的价值。
引用
@article{arxiv.2409.10138,
title = {A Method for Accurate Spatial Focusing Simulation via Numerical Integration and its Application in Optoacoustic Tomography},
author = {Maximilian Bader and Philipp Haim and Lukas Imanuel Scheel-Platz and Angelos Karlas and Hedwig Irl and Vasilis Ntziachristos and Dominik Jüstel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.10138},
year = {2024}
}