一種正弦激勵下磁聲耦合正問題的矢量求解方法
【專利摘要】一種正弦激勵下磁聲耦合正問題的矢量求解方法，包括，第一步：空間計算求解；第二步：頻域幅值相位求解，包括基于空間有限元解，計算各剖分單元的復(fù)平面實(shí)部和虛部，計算合矢量的實(shí)部和虛部；計算得到磁聲信號的幅值和相位，從而實(shí)現(xiàn)磁聲耦合正問題求解。本發(fā)明的一種正弦激勵下磁聲耦合正問題的矢量求解方法，激勵更容易實(shí)現(xiàn)，易于理論方法驗(yàn)證。同時采用矢量方法進(jìn)行計算，其計算過程相比于傳統(tǒng)計算方法步驟簡單，且不會產(chǎn)生誤差積累。
【專利說明】一種正弦激勵下磁聲耦合正問題的矢量求解方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種矢量求解方法。特別是涉及一種正弦激勵下磁聲耦合正問題的矢 量求解方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 生物組織電特性反映了組織的生理病理狀態(tài)，尤其對于組織的早期病變，研究表 明，病變組織與正常組織具有不同電導(dǎo)率，且不同病變狀態(tài)的組織電導(dǎo)率具有差異。因此， 對于生物組織電特性進(jìn)行檢測和成像，有利于相關(guān)疾病的早期診斷。
[0003] 磁聲耦合成像是一種新型的生物組織電特性成像方法，它通過對介質(zhì)施加電磁激 勵，將組織電參數(shù)信息轉(zhuǎn)化為聲信號，實(shí)現(xiàn)生物組織電特性的檢測和成像。磁聲耦合效應(yīng)的 無損功能成像方法，同時具有高對比度及高空間分辨率的特點(diǎn)，對腫瘤等疾病的早期診斷 具有重要的研究價值。
[0004] 磁聲稱合成像中，磁聲信號對應(yīng)頻段的幅值和相位包含了介質(zhì)的電導(dǎo)率信息和聲 源信息，在磁聲成像數(shù)學(xué)模型以及正問題研究中，主要通過設(shè)置為沖激函數(shù)S (t)，然后利 用有限元方法求解聲源分布，通過卷積激勵信號及磁聲成像系統(tǒng)函數(shù)和傳感器時間特性求 解，計算磁聲耦合正問題的解即磁聲信號，再進(jìn)行傅里葉變換計算磁聲信號頻譜，進(jìn)而計算 對應(yīng)頻率下的幅值和相位信息。該方法計算涉及信號卷積、運(yùn)算以及傅里葉變換，過程復(fù) 雜，容易在多步計算中產(chǎn)生誤差積累。
[0005] 磁聲成像正問題研究中，常用的基于沖激函數(shù)S (t)的磁聲耦合正問題數(shù)學(xué)求解 方法，由于實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)無限窄寬度的脈沖信號，影響理論仿真的驗(yàn)證。同時在進(jìn)行正問 題計算中涉及信號疊加卷積，傅里葉變換等計算，計算過程復(fù)雜，容易產(chǎn)生誤差積累。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種激勵更容易實(shí)現(xiàn)的正弦激勵下磁聲耦合 正問題的矢量求解方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種正弦激勵下磁聲耦合正問題的矢量求解方法， 其特征在于，包括，
[0008] 第一步：空間計算求解
[0009] 第二步：頻域幅值相位求解，包括基于空間有限元解，計算各剖分單元的復(fù)平面實(shí) 部和虛部，計算合矢量的實(shí)部和虛部；計算得到磁聲信號的幅值和相位，從而實(shí)現(xiàn)磁聲耦合 正問題求解。
[0010] 第一步所述的空間計算求解包括如下步驟：
[0011] 1)設(shè)定介質(zhì)幾何形狀、尺寸和電導(dǎo)率參數(shù)分布，建立求解模型；
[0012] 2)利用有限元方法對介質(zhì)進(jìn)行剖分，剖分為n個單元，計算第i個剖分單元的空間 距離li及電流密度Ap其中，i = 1，2,. . .，n ;
[0013] 3)存儲計算結(jié)果。
[0014] 第二步所述的計算各剖分單元的空間距離li及電流密度Ai，是采用Comsol有限 元仿真平臺或ANSYS有限元仿真平臺或MATLAB仿真平臺進(jìn)行計算。
[0015] 第二步所述的頻域幅值相位求解包括如下步驟：
[0016] 1)計算第一步中的各剖分單元對應(yīng)復(fù)平面矢量的實(shí)部和虛部

【權(quán)利要求】
1. 一種正弦激勵下磁聲耦合正問題的矢量求解方法，其特征在于，包括， 第一步：空間計算求解； 第二步：頻域幅值相位求解，包括基于空間有限元解，計算各剖分單元的復(fù)平面實(shí)部和 虛部，計算合矢量的實(shí)部和虛部；計算得到磁聲信號的幅值和相位，從而實(shí)現(xiàn)磁聲耦合正問 題求解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正弦激勵下磁聲耦合正問題的矢量求解方法，其特征在 于，第一步所述的空間計算求解包括如下步驟： 1) 設(shè)定介質(zhì)幾何形狀、尺寸和電導(dǎo)率參數(shù)分布，建立求解模型； 2) 利用有限元方法對介質(zhì)進(jìn)行剖分，剖分為η個單元，計算第i個剖分單元的空間距離 Ii及電流密度Ai,其中，i=l，2，...，n; 3) 存儲計算結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種正弦激勵下磁聲耦合正問題的矢量求解方法，其特征在 于，第二步所述的計算各剖分單元的空間距離Ii及電流密度Ai,是采用Comsol有限元仿真 平臺或ANSYS有限元仿真平臺或MATLAB仿真平臺進(jìn)行計算。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正弦激勵下磁聲耦合正問題的矢量求解方法，其特征在 于，第二步所述的頻域幅值相位求解包括如下步驟： 1) 計算第一步中的各剖分單元對應(yīng)復(fù)平面矢量的實(shí)部和虛部 實(shí)部為Rem,...,叫=^/(Γ，加)為C0S(.M(.Zc'）， 虛部為，./⑵MsinCMV小 li 其中/(Γ，./如>=-'(Jx盡ι)Τ"(./如>，Pi (r，jω)為磁聲奉禹合聲信號，r為空間位 置，ω為角頻率，J為電流密度，Btl為靜磁場，δ(t)為沖激脈沖激勵，c為介質(zhì)中的聲速，H(jω)為系統(tǒng)函數(shù)； 2) 計算磁聲耦合正問題解即磁聲信號對應(yīng)的合矢量 P(i\ jco) = - Yj Re,,,,. + Im；., i i i 3) 計算對應(yīng)的幅值A(chǔ)MPn和相位PHAn
【文檔編號】G06F17/50GK104239642SQ201410484092
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】劉志朋, 殷濤, 張順起 申請人:中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所