一種磁熱聲成像的電阻率重建方法
【專利摘要】一種磁熱聲成像的電阻率重建方法，包括以下步驟：首先通過激勵線圈(2)對導(dǎo)電物體(3)施加MHz電流激勵，導(dǎo)電物體(3)由于感應(yīng)電流的作用產(chǎn)生焦耳熱，進而產(chǎn)生熱聲信號；所述的熱聲信號通過耦合劑耦合到超聲換能器(4)內(nèi)；超聲換能器(4)接收到超聲信號后通過超聲信號處理、采集子系統(tǒng)進行前置放大、濾波、二級放大等處理后，進行存儲，獲取高分辨率的磁熱聲信號；第二步利用獲取的磁熱聲信號重建熱聲源分布；第三步重建矢量電位空間分量；第四步利用矢量電位空間分量求解電阻率。
【專利說明】一種磁熱聲成像的電阻率重建方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電導(dǎo)率圖像的重建方法，特別涉及一種磁熱聲成像的電阻率重建 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前傳統(tǒng)電阻抗成像技術(shù)的靈敏度和空間分辨率不高，主要因為電阻抗成像通常 采用頻率較低的電磁波作為激勵，由于波長遠遠大于成像體，導(dǎo)致電磁場探測對比度高，但 分辨率低。毋庸置疑，單一場都有其物理局限性。因此多物理場成像技術(shù)受到越來越多的 關(guān)注，即將一種物理場作用于生物組織，轉(zhuǎn)換為另一種物理場進行檢測，由一種物理場提供 分辨率，另一種物理場提供對比度，實現(xiàn)對比度和分辨率的同時提高。電磁場和超聲相結(jié)合 的多物理場成像技術(shù)正是考慮到電磁場對人體組織電導(dǎo)率的高對比度和超聲波探測的高 分辨率特性，成為人們的研宄熱點，最近一年，磁熱聲成像作為一種新型的多物理場成像技 術(shù)受到重視。
[0003] 磁熱聲成像是由新加坡南洋理工大學(xué)在2013年首次提出的新型的電阻抗成像方 法，通過對導(dǎo)電物體施加低于20MHz的交變磁場，在導(dǎo)電物體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電場，進而產(chǎn)生 焦耳熱，激發(fā)熱彈性的聲信號，檢測聲信號進行成像。該方法是一種以交變磁場作為激勵 源，基于生物組織內(nèi)部焦耳熱吸收率的差異，以超聲作為信息載體的無損生物醫(yī)學(xué)影像技 術(shù)。與微波熱聲成像技術(shù)相比，激勵源的頻率降低，可以深入到導(dǎo)電體的更深處，使磁熱聲 圖像擴展到人體組織的深層。由測量的超聲信號到電阻率的重建分為兩個過程，首先由測 量的超聲信號重建熱聲源分布，然后利用熱聲源分布重建電阻率分布，目前的相關(guān)文獻和 專利只重建了熱聲源（S= Pj2)，這里E為電場強度的空間分量），而沒有提及電阻率P的 重建。顯然，電場強度E與電阻率P的分布有關(guān)，從熱聲源S中重建出電阻率P是非常困 難的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的磁熱聲成像方法電阻率分布的不足的缺點，提出一種 利用熱聲源分布重建電阻率分布的重建方法。本發(fā)明可以精確的重建導(dǎo)電物體的電阻率。
[0005] 本發(fā)明基于磁熱聲電導(dǎo)率成像的成像原理為：利用激勵線圈對導(dǎo)電物體施加 MHz 電流激勵，在導(dǎo)電物體內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱，進而產(chǎn)生熱聲信號。利用超聲換能器接收超聲信號， 對接收到的超聲信號進行超聲信號的處理和采集，得到放大濾波后的超聲信號后，采用圖 像重建算法獲取導(dǎo)電物體的電阻率圖像。
[0006] 本發(fā)明磁熱聲成像的電阻率重建方法包括四個步驟，第一步首先獲取高分辨率的 磁熱聲信號；第二步利用獲取的磁熱聲信號重建熱聲源分布；第三步重建矢量電位空間分 量；第四步利用矢量電位空間分量求解電阻率。
[0007] 第一步：獲取磁熱聲信號
[0008] 首先通過激勵線圈對導(dǎo)電物體施加 MHz電流激勵，導(dǎo)電物體由于感應(yīng)電流的作用 產(chǎn)生焦耳熱，進而產(chǎn)生熱聲信號，熱聲信號通過耦合劑耦合到超聲換能器內(nèi)。耦合劑可以為 去離子水也可以為絕緣油。超聲換能器接收到超聲信號后通過超聲信號處理、采集子系統(tǒng) 進行前置放大、濾波、二級放大等處理后，進行存儲。
[0009] 第二步：獲取熱聲源分布
[0010] 已知磁熱聲成像的聲壓波動方程：

【權(quán)利要求】
1. 一種磁熱聲成像的電阻率重建方法，其特征在于：磁熱聲成像的電阻率重建方法包 括以下步驟： 第一步：獲取磁熱聲信號 首先通過激勵線圈⑵對導(dǎo)電物體（3)施加MHz電流激勵，導(dǎo)電物體（3)由于感應(yīng)電 流的作用產(chǎn)生焦耳熱，進而產(chǎn)生熱聲信號；所述的熱聲信號通過耦合劑耦合到超聲換能器 (4)內(nèi)；超聲換能器（4)接收到超聲信號后通過超聲信號處理、采集子系統(tǒng)進行前置放大、 濾波、二級放大等處理后，進行存儲； 第二步：獲取熱聲源分布 已知磁熱聲成像的聲壓波動方程：
其中，r為熱聲源位置坐標，p(r，t)是聲壓，Cs為熱聲源在介質(zhì)中的傳播聲速，Cp為導(dǎo) 電物體⑶的比熱容，β為導(dǎo)電物體⑶的熱膨脹系數(shù)，S⑴是狄拉克函數(shù)，t為時間相， S(r)為熱聲源分布； 對方程（1)進行解方程，首先選取導(dǎo)電物體的某一斷層面z=Ztl，斷層面z=Ztl上利 用方程（1)，解方程（1)獲取熱聲源S(x，y，Ztl);導(dǎo)電物體（3)上的熱聲源S(x，y，z)通過斷 層數(shù)據(jù)S(X，y，Ztl)在z方向的插值得到，或者分層計算得到； 熱聲源分布同時是電阻率和電流密度的函數(shù)，因此熱聲源表示為： S= Pj2= PJ-J (2) 其中，S為熱聲源分布，P為導(dǎo)電物體（3)的電阻率，J為導(dǎo)電物體（3)內(nèi)電流密度分 布； 第三步：獲取矢量電位的空間分量T 考慮電流連續(xù)性定理▽·/ = 〇,引入矢量電位，有： / =Vxr (3) 其中，T為矢量電位空間分量，Vxr為矢量電位空間分量的旋度，▽為哈密度算符； 考慮歐姆定律J=σΕ，有： VXpVXJ=-Ba (4) 其中，P為導(dǎo)電物體（3)的電阻率，B1為磁感應(yīng)強度，由式（3)代入式（2)，得： 符式叫代八式⑷，令

將S(x，y，z)代入公式（6)后，結(jié)合電絕緣邊界條件，對公式（6)進行非線性有限元法 求解，即可重建得到矢量電位的空間分量T; 第四步：獲取電導(dǎo)率 將矢量電位的空間分量T代入公式（5)，即可重建電阻率P。
【文檔編號】A61B8/08GK104434100SQ201410771496
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月14日
【發(fā)明者】劉國強, 夏慧, 夏正武, 李士強, 楊延菊, 劉宇 申請人:中國科學(xué)院電工研究所