Акустическая инверсия в оптоакустической томографии: обзор

Оптоакустическая томография позволяет получать объёмные изображения с оптическим контрастом в биологической ткани на глубине, превышающей оптическую среднюю длину свободного пробега, благодаря оптическому возбуждению и акустической детекции. Гибридная природа оптоакустической томографии приводит к двум различным обратным задачам: оптической обратной задаче, связанной с распространением возбуждающего света в ткани, и акустической обратной задаче, которая описывает распространение и регистрацию возникающих акустических волн. Поскольку эти две обратные задачи имеют разную физическую основу и описываются разными типами уравнений, их часто рассматривают независимо как не связанные друг с другом проблемы. С точки зрения визуализации акустическая обратная задача связана с построением изображения по измеренным акустическим данным, тогда как оптическая обратная задача — с количественной оценкой полученного изображения. В этом обзоре основное внимание уделено акустическим аспектам оптоакустической томографии, в частности алгоритмам акустической реконструкции и практическим особенностям систем визуализации. Поскольку эти два аспекта тесно связаны и не существует универсального решения для получения высокоэффективной визуализации, в обзоре использован целостный подход и подробно рассмотрены многочисленные связи между ними. Рассмотрены четыре класса алгоритмов реконструкции: формулы во временной области (так называемая обратная проекция), формулы в частотной области, алгоритмы обращения времени и модель-ориентированные алгоритмы. Эти алгоритмы обсуждаются в контексте различных акустических детекторов и поверхностей детекции, обычно используемых в экспериментальных исследованиях. Дополнительно рассмотрено влияние неидеальных условий визуализации на качество реконструкции и методы, позволяющие ослабить эти эффекты. В частности, рассмотрены случаи конечной апертуры детектора, томографии с ограниченным углом обзора, пространственного недосэмплирования акустических сигналов, а также акустической неоднородности и потерь.