基于頻域的磁聲耦合成像方法研究.pdf

1、磁聲耦合成像是一種新型無(wú)創(chuàng)生物組織電特性功能成像技術(shù)，具有超聲成像高空間分辨率和電阻抗成像高對(duì)比度的優(yōu)勢(shì)，在腫瘤早期診斷方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。微弱聲信號(hào)的檢測(cè)和處理是磁聲成像重要的研究?jī)?nèi)容，對(duì)圖像對(duì)比度和成像精度起關(guān)鍵作用。
　　目前磁聲耦合成像通常采用時(shí)域的信號(hào)檢測(cè)處理方法，采用kV級(jí)高壓μs窄脈沖進(jìn)行激勵(lì)以達(dá)到mm分辨率，其激勵(lì)源設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)難度較大，同時(shí)存在一定安全性問(wèn)題，且時(shí)域方法檢測(cè)易受到高頻空間電磁場(chǎng)耦合干擾，限制了成像

2、質(zhì)量。
　　針對(duì)目前時(shí)域磁聲耦合成像方法存在的問(wèn)題，本文提出頻域的磁聲成像方法，采用kHz連續(xù)正弦信號(hào)激勵(lì)，其產(chǎn)生的聲信號(hào)在kHz頻段，衰減遠(yuǎn)小于MHz頻段，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)成像裝置。另外，頻域信號(hào)的檢測(cè)采用鎖相放大技術(shù)，對(duì)微弱聲信號(hào)頻域信息的檢測(cè)放大，提高了信號(hào)檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)不同頻率的信號(hào)幅值相位信息的測(cè)量，通過(guò)基于頻域檢測(cè)的圖像重建算法，實(shí)現(xiàn)組織聲源電導(dǎo)率分布圖像的重建。
　　本文依據(jù)波動(dòng)方程建立了頻域磁聲耦合正問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型

3、;基于正弦波激勵(lì)，采用復(fù)平面矢量疊加求和方法，對(duì)頻域磁聲耦合正問(wèn)題即磁聲信號(hào)幅值相位進(jìn)行求解;并通過(guò)數(shù)值求解和解析解，對(duì)簡(jiǎn)單電導(dǎo)率邊界仿體邊界聲源進(jìn)行了仿真研究，基于復(fù)平面聲源矢量疊加方法分析了不同模型下的頻域幅值和相位特性。搭建頻域磁聲成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于虛擬儀器平臺(tái)的掃描檢測(cè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制程序，實(shí)現(xiàn)了成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的同步驅(qū)動(dòng)控制采集和數(shù)據(jù)預(yù)處理，進(jìn)行了頻域方法的電導(dǎo)率邊界模型的實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證頻域磁聲耦合數(shù)學(xué)模型和仿真研究結(jié)果。最后建

4、立了頻域磁聲成像逆問(wèn)題模型，利用優(yōu)化算法對(duì)求解電導(dǎo)率分布的頻域磁聲耦合逆問(wèn)題進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。
　　仿真研究表明，不同仿體的頻域幅值隨著聲源空間位置、介質(zhì)聲源幅值的變化而變化，變化規(guī)律滿足頻域磁聲耦合模型。同時(shí)對(duì)于相同介質(zhì)模型在不同頻率下，其對(duì)應(yīng)的幅值和相位不同，且多層介質(zhì)模型聲源滿足單層聲源矢量的疊加求和規(guī)則。頻域信號(hào)包含了電導(dǎo)率邊界分布信息，通過(guò)鎖相放大方法對(duì)頻域磁聲信號(hào)檢測(cè)，可獲取該電導(dǎo)率信息，同時(shí)降低了激勵(lì)源的要求。實(shí)

5、驗(yàn)結(jié)果表明，頻域相位隨距離變化規(guī)律滿足頻域磁聲耦合理論與仿真結(jié)果，對(duì)于金屬電導(dǎo)率邊界模型，輸出激勵(lì)幅值達(dá)到1V以下時(shí)即可檢測(cè)到磁聲耦合聲信號(hào)。磁聲信號(hào)的檢測(cè)精度得到提高，檢測(cè)精度可達(dá)到10-7Pa，同時(shí)空間分辨率可達(dá)到mm量級(jí)。
　　總之，本研究提出的頻域磁聲耦合成像方法，提高了微弱磁聲信號(hào)檢測(cè)精度，對(duì)實(shí)現(xiàn)磁聲耦合介質(zhì)內(nèi)部電導(dǎo)率的檢測(cè)和成像的研究具有重要意義。同時(shí)有利于降低磁聲耦合激勵(lì)源設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)難度，簡(jiǎn)化磁聲成像系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，