[发明专利]一种注入电流式热声成像方法

说明书

一种注入电流式热声成像方法，通过电极向成像目标体注入电流，在成像目标体中产生焦耳热，引起热膨胀，产生超声信号，利用超声探头检测超声信号。根据检测的超声信号，重建声源和目标体的电导率分布。本发明可用于高分辨率的电阻抗成像，用于疾病的早期诊断。

技术领域

本发明涉及一种热声成像方法，特别涉及一种医学注入电流式热声成像方法。

背景技术

热声成像是目标体吸收能量，产生热膨胀而产生超声信号，利用超声进行对目标体结构进行重建。现有的热声成像根据激励源可分为光声成像、微波热声成像和磁热声成像等。光声成像是利用激光对目标体进行照射，目标体吸收能量而产生膨胀，进而产生超声信号，光声成像深度可到毫米级别。微波热声是利用微波代替激光，对目标体进行辐照。微波热声成像深度可到厘米级别。磁热声利用低频磁场(20MHz左右)激励目标体，在目标体内产生感应电场，产生焦耳热，进而产生热膨胀而产生超声信号。磁热声成像具有更深的成像深度，可达10厘米以上。

对于生物组织成像，微波热声和磁热声的成像深度虽然能到厘米级别，但微波热声和激励源功率需要数十千瓦，磁热声的激励磁场由大脉冲功率源驱动线圈产生，大功率的激励源笨重、功耗大、体积大、成本高，不方便仪器的设计和使用。

医学中人体组织发生病变，其功能病变要早于形态病变，在形态结构尚未变化之前，病变组织的电特性已经发生变化。因此，通过对组织电特性的检测，可实现疾病的早期诊断和早期治疗。电阻抗成像是一种对人体内部组织电阻抗进行成像的技术，具有无损害、低成本等特点。三十多年来，已经发展了多种电阻抗成像技术。传统电阻抗成像包括注入式电阻抗成像、感应式电阻抗成像、磁感应成像等，但传统电阻抗成像的测量信息对物体内部的电导率反映灵敏度低，加之测量数据有限以及测量噪声的影响，重建电导率的逆问题存在严重的病态性，尽管可以利用各种数学技巧来处理逆问题，但难以从本质上解决算法的稳定性、收敛性等问题，因此成像分辨率低。近些年提出的核磁共振电阻抗成像和磁声成像。核磁共振电阻抗成像设备昂贵；磁声成像也需要大功率磁激励源，也存在激励源笨重、功耗大、体积大的问题。

发明内容

为了克服上述现有方法的不足，本发明提出一种注入电流式热声成像方法。

本发明采用电极注入电流作为激励。通过电极向成像目标体注入电流，在成像目标体中产生焦耳热，引起热膨胀，产生超声信号，根据检测的超声信号，重建导电物体的电导率分布。

本发明的目标体产生的超声信号是由注入的电流产生，注入电流I为脉冲电流，脉冲电流的频谱在微波以下，主要分布在100MHz以内，采用较低的频率具有更深的成像深度。成像目标体的电导率分布σ，注入电流I在成像目标体中产生的电场强度E，电流密度J＝σE，成像目标体中产生的热量主要是目标体电导率引起的电导损耗，即焦耳热，其单位体积的功率密度为σE²，目标体中产生的超声声压满足方程：

式中，p为声压，c为声速，β为等压膨胀系数，C_p为物体的比热容，t为时间，为拉普拉斯算子。

本发明的成像方法步骤如下：

步骤1：通过电极向成像目标体注入电流，通过布置在目标体周边的超声探头接收产生的超声信号；

首先通过电极对目标体施加脉冲电流激励，目标体内由于电流感应电场的作用产生焦耳热，进而产生热声信号；所产生的热声信号通过耦合剂传播到超声探头；超声探头接收到超声信号后通过对超声信号处理、采集子系统进行前置放大、滤波、二级放大处理后，进行存储；

步骤2：利用接收的超声信号，重建声源分布；

已知注入电流式热声成像的声压波动方程：