[发明专利]基于最优化迭代方法的注入电流式热声电阻率图像重建方法

说明书

一种基于最优化迭代方法的注入电流式热声电阻率图像重建方法，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，产生注入电流式热声信号：利用超声换能器获取目标体各断层热声信号，根据注入电流式热声声压波动方程，获取目标体每个断层上的热声源分布，利用插值法获取目标体整体的热声源分布；然后对导电物体的电阻率进行空间离散，设定电阻率的初值，根据欧姆定律，利用线性有限元方程重建目标体的矢量电位；再根据热声源和电流密度关系，结合电流连续性定理，获取电阻率所满足的关于热声源与矢量电位的方程，定义目标函数；最后将求解的矢量电位代入目标函数，利用目标函数最小化原则，求解导电物体的电阻率。

技术领域

本发明涉及一种电阻率图像重建方法，特别涉及一种注入电流式电阻率图像重建方法。

背景技术

由于激励频率的限制，传统电阻抗成像技术的灵敏度和空间分辨率不高。单一场都有其物理局限性，多物理场成像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阻率的高对比度和超声波探测的高分辨率特性，成为人们研究的热点，磁热声成像正是一种新兴的多物理场成像技术。

磁热声成像是由新加坡南洋理工大学的Feng在2013年首次提出的新型的电阻抗成像方法，其原理为：通过对导电成像体施加MHz量级的交变磁场，在目标体内部产生感应电场，进而产生焦耳热，激发热弹性的超声信号，检测超声信号进行成像。与微波热声成像相比，允许更低的功率进行高效的成像，并且具有便携式成像的潜力，同时，激励源的频率降低，使得磁场穿透组织更深，也避免的辐射。

作为一种新型的多物理场成像方法，2013年Feng利用金属铜仿体，检测到磁热声信号，并得到铜仿体的热声图像，并未进行电阻率图像重建，且生物组织不同于金属铜仿体，磁场和感应电流作用产生的洛伦兹力较弱。专利“一种磁热声成像的电阻率重建方法”(201410771496.2)公布了一种基于磁热声效应的电阻率重建方法，其在热函数基础上提出了电阻率重建方法，依然为采用线圈激励方式。同时，外加激励线圈产生时变磁场在目标体中产生二次磁场和感应电流，磁场和感应电流作用同时产生洛伦兹力和焦耳热，即磁声效应和磁热声效应共存，如何区分磁声效应和磁热声效应是仍需解决的问题。

基于此，采用注入电流式热声成像方法，可以避开磁声效应和磁热声效应共存问题，注入电流式热声成像与磁热声成像在激励方式、从热函数到电阻率的重建方法上均不相同。

发明内容

本发明的目的是克服现有磁热声成像存在的问题，提出一种基于最优化迭代方法的注入电流式热声电阻率图像重建方法。本发明避免了热声成像过程中磁声效应的干扰，同时采用注入电流式激励，可增强热声效应，也实现了目标体电阻率的图像重建。

注入电流式热声成像原理为：通过注入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，采用超声换能器进行检测，根据检测的超声信号，重建热声源分布和电阻率。

本发明基于最优化迭代方法的注入电流式热声电阻率图像重建方法具体步骤如下：

第一步为获取注入电流式热声信号：利用超声换能器获取目标体各断层热声信号，每个断层扫描一周进行热声信号的检测，即检测超声信号；第二步根据注入电流式热声声压波动方程，获取目标体每个断层上的热声源分布，利用插值法获取目标体整体的热声源分布；第三步对导电物体的电阻率进行空间离散，设定电阻率的初值，根据欧姆定律，利用线性有限元方程重建的到目标体的矢量电位；第四步根据热声源和电流密度关系，结合电流连续性定理，获取电阻率所满足的关于热声源与矢量电位的方程，定义目标函数；第五步将求解的矢量电位代入目标函数，利用目标函数最小化原则，求解导电物体的电阻率。具体分述如下：

第一步：获取导电物体热声信号