[发明专利]一种用于声学不均匀媒介的磁声耦合成像声压求解方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁声耦合成像中的声压求解方法。特别是涉及一种用于声学不均匀媒介的磁声耦合成像声压求解方法。

背景技术

磁声耦合成像是一种结合电阻抗成像和超声成像的技术的新型生物组织电特性成像技术。其原理是：将被测生物组织置于稳恒磁场中，对生物组织给予稳恒磁场方向平行的脉冲磁场，进而在其内部产生感应电流(或者通过电极直接往生物组织内部注入脉冲电流)；被测组织内部的注入电流在稳恒磁场的作用下受洛伦兹力影响产生与激励信号同频率的位移，进而产生高频振动，向外界辐射超声波；包含物体内部的声信号在生物组织内部通过一系列复杂的反射、折射等变化传递到体表，被换能器所接收并用于重建内部电导率信息。

由磁声耦合成像的原理可知，一个电流分布为(变量上端的波浪线指代变量包含时间量)的媒介置于一个静态磁场B₀中，可以得到声压的波动方程如下：

▿2p~(r,t)-1cs2·∂2p~(r,t)∂2t=▿·(J~×B0)---(1)]]>

上式中c_s指代媒质内的声速。由该式可知，在已知稳恒磁场前提下，具有一定声学特性的媒介产生及传播的声压只与电流密度随时间变化量有关。故利用声换能器检测到的声压与能够反映沿此方向内部电流密度变化，进而反映媒介内部电特性分布。

在磁声耦合成像正问题解析过程中，生物组织内部拥有复杂的声学特性，其声学不均匀性存在于组织的各个部分；复杂的声学构造导致振动声波在组织内部的传播过程存在反射，折射，透射等现象。然而，目前的研究(如方程1)均建立在声学均匀前提下，忽视了声学参数对声传播的影响，在理想状态下求解生物组织内部的电特性，影响内部电导率特征的提取。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种考虑了由于声学不均匀特性带来的声传播过程中的反射，折射，透射等问题的用于声学不均匀媒介的磁声耦合成像声压求解方法。

本发明所采用的技术方案是：一种用于声学不均匀媒介的磁声耦合成像声压求解方法，在求解过程中采用离散化方式，考虑了被测样本和声耦合媒介的声速和密度的不均匀性带来的声波传播过程中的反射，透射和折射问题，具体包括如下阶段：

1)确定声学不均匀介质中的声压求解基本方程，包括如下步骤：

(1)通过磁声耦合成像声源的产生机制确定非均匀媒介中的声学波动方程；

(2)根据成像目标和实验环境确定声学参数，依据实验条件确定稳恒磁场磁通密度和激励信号，利用电磁场仿真软件求解得到电流密度分布；

2)根据时域有限差分的稳定性条件和数值色散条件确定网格划分方式和抽样方式，包括如下步骤：

(1)根据磁声耦合成像原理及激励信号特征和声学参数，在数值色散条件下确定空间网格尺寸；