注入电流式磁声成像的基础研究

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注入电流式磁声成像是电阻抗成像和超声成像相结合的一种新型的成像技术,具有电阻抗成像的无创、对比度高等特点,同时具有超声成像分辨率高的特点,是一种有望获得高质量图像的生物电阻抗成像技术,具有广泛的应用前景。其原理为:将导电样品置于静磁场中,对样品注入和静磁场方向正交的时变电流,静磁场和时变电流相互作用产生洛伦兹力,激发超声信号,通过放置在样品周围的超声换能器接收超声信号,利用接收到的超声信号通过相应的重建算法进行重建,获得被测样品的电导率图像。注入电流式磁声成像有诸多优势,因此受到当今生物医学界的广泛关注,但作为一种新型技术研究起步晚,目前还没有形成完整的理论体系,因此本文从仿真到实验,系统地研究了注入电流式磁声成像方法,建立了完善的理论体系,通过仿真与实验研究证明了注入电流式磁声成像在生物医学领域应用的可行性。  首先建立了注入电流式磁声成像正问题数学模型,推导了电磁场正问题的理论公式,利用格林函数法求解了声源的分布。对流体样品和固体样品进行了声场正问题的模拟计算,得到了声场的分布。正问题的研究将对实验的设计提供重要的理论指导。  其次在声场逆问题中利用维纳滤波法进行声场复原,然后再进行图像的重建。该方法避免了采用直接反卷积进行图像重建时噪音增大的问题,能够重建高对比度和高分辨率的图像。电磁场的逆问题中,推导了电流密度满足的拉普拉斯方程,并采用有限元法进行了求解,进一步利用迭代法获得样品的电导率分布图像。通过数值模拟的方法研究了测量参数对重建图像质量的影响,研究结果为实验方案的设计和优化提供重要的理论依据。  最后设计并搭建了注入式磁声成像实验平台。研究了激励系统中静磁场的磁场分布;设计了超声信号接收系统,为准确高效的接收信号提供基础。初步的实验验证了所搭建系统的可靠性,并利用实验系统得到了生物组织的磁声图像。  注入电流式磁声成像的研究目前处于起步阶段,但本文的模拟实验结果以及实验研究结果表明,注入电流式磁声成像有望成为一种非侵入式高分辨率的生物电阻抗成像技术。
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