[发明专利]利用线性双旋度方程进行磁热声成像的电阻率重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电阻率图像的重建方法，特别涉及一种利用线性双旋度方程进行磁热声成像的电阻率重建方法。

背景技术

目前传统电阻抗成像技术的灵敏度和空间分辨率不高，主要因为电阻抗成像通常采用频率较低的电磁波作为激励，由于波长远远大于成像体，导致电磁场探测对比度高，但分辨率低。毋庸置疑，单一场都有其物理局限性。因此多物理场成像技术受到越来越多的关注，即将一种物理场作用于生物组织，转换为另一种物理场进行检测，由一种物理场提供分辨率，另一种物理场提供对比度，实现对比度和分辨率的同时提高。电磁场和超声相结合的多物理场成像技术正是考虑到电磁场对人体组织电导率的高对比度和超声波探测的高分辨率特性，成为人们的研究热点，磁热声成像作为一种新型的多物理场成像技术在最近一年受到重视。

磁热声成像是由新加坡南洋理工大学在2013年首次提出的新型的电阻抗成像方法，通过对导电物体施加低于20MHz的交变磁场，在导电物体内部产生感应电场，进而产生焦耳热，激发热弹性的声信号，检测声信号进行成像。该方法是一种以交变磁场作为激励源，基于生物组织内部焦耳热吸收率的差异，以超声作为信息载体的无损生物医学影像技术。与微波热声成像技术相比，激励源的频率降低，可以深入到导电体的更深处，使磁热声图像扩展到人体组织的深层。由测量的超声信号到电阻率的重建分为两个过程，首先由测量的超声信号重建热声源分布，然后利用热声源分布重建电阻率分布，目前的相关文献和专利只重建了热声源(S＝ρJ²)，这里E为电场强度的空间分量)，而没有提及电阻率ρ的重建。显然，电场强度E与电阻率ρ的分布有关，从热声源S中重建出电阻率ρ是非常困难的。

发明内容

本发明的目的是克服现有的磁热声成像方法无法给出电阻率分布的不足，提出一种利用线性双旋度方程进行热声源分布重建电阻率分布的重建方法。本发明利用线性双旋度方程进行磁热声成像，可以精确的重建导电物体的电阻率。

本发明基于磁热声成像原理：利用激励线圈对导电物体施加MHz电流激励，在导电物体内产生焦耳热，进而产生超声信号，利用超声换能器接收超声信号，对接收到的热声信号进行热声信号的采集和处理，得到放大滤波后的热声信号后，采用图像重建算法获取导电物体的电阻率图像。

本发明利用线性双旋度方程进行磁热声成像的电阻率重建方法主要包括五个步骤：第一步获取断层圆周扫描的导电物体的热声信号；第二步根据磁热声的声压波动方程，利用时间反演算法获取导电物体任意断层面上的热声源分布；第三步结合电流连续性定理，引出矢量电位，对导电物体的电阻率进行初值假定；第四步结合欧姆定律，利用电阻率的初值求解矢量电位空间分量，然后把求解的矢量电位空间分量代入热声源分布得到更新后的电导率分布；第五步对更新后的电阻率和初值设定的电阻率进行对比，查看是否满足给定的相对误差，如果满足相对误差则更新后电阻率即为求解的电阻率，否则重新进行第三步的迭代，把更新后的电阻率作为初值电阻率进一步进行求解更新的电阻率，求解出导电物体的电阻率分布。实现导电物体的电阻率的重建。

具体步骤描述如下：

第一步：获取断层圆周扫描的导电物体的热声信号：

首先MHz电流激励源通过激励线圈将MHz电流作用到导电物体上，导电物体由于感应电流的作用产生焦耳热，进而产生热声信号，热声信号通过耦合剂耦合到超声换能器内，超声换能器接收到热声信号后通过超声信号处理、采集子系统进行前置放大、滤二级放大处理后，再经过移动窗口取样积分电路对热声信号进一步进行取样积分处理，获取高信噪比的热声信号并传输到上位机进行存储；

第二步，对导电物体的所有断层进行扫描后，获取每个断层的热声信号，图像重建子系统则利用获取的热声信号进行导电物体的电阻率的重建；

已知磁热声成像的声压波动方程：

其中r为热声源位置坐标，p(r,t)是声压，c_s为热声源在介质中的传播声速，C_P为导电物体的比热容，β为导电物体的热膨胀系数，δ(t)是狄拉克函数，S(r)为热声源分布，t为时间项。

利用时间反演算法，热声源函数的重建公式为：

其中：R＝|r′-r|，

r'是超声换能器的位置坐标，S_d是超声换能器扫描平面，p′是声压对时间的一阶导数，n是r′位置S_d的单位法线矢量。

热声源分布S可以表示为：

S＝ρJ²＝ρJ·J (3)