[发明专利]一种注入电流式热声成像电阻率重建方法

说明书

一种注入电流式热声成像电阻率重建方法，基于电流注入方式的热声成像原理。通过电极向成像目标体注入脉冲电流，在成像目标体中产生焦耳热，引起热膨胀，产生超声信号，用超声换能器接收超声信号，对接收到的超声信号进行处理和采集，采用电阻率图像重建算法获取目标体的电阻率图像。具体步骤为：1、首先获取注入电流式热声信号；2、利用获取的注入电流式热声信号重建目标体热声源；3、利用热声源，采用非线性有限元求解方法重建矢量电位；4、利用重建的矢量电位重建电阻率。

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缺点，提出一种基于注入电流式热声成像的电阻率重建方法。本发明利用热声源重建电阻率，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，可实现目标体电阻率图像的精确重建。

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，采用超声换能器检测超声信号，根据检测的超声信号重建热声源和电阻率。

本发明注入电流式热声成像的电阻率图像重建包括四个步骤：1、首先获取注入电流式热声信号，即检测超声信号；2、利用获取的注入电流式热声信号重建目标体热声源；3、利用热声源，采用非线性有限元求解方法重建矢量电位；4、利用重建的矢量电位重建电阻率。

电阻率图像重建过程具体描述如下：

第一步：获取注入电流式热声信号

激励源通过注入电极A和注入电极B对目标体注入脉冲电流，目标体在电流作用下产生焦耳热，进而产生热膨胀，激发超声信号，超声信号通过耦合剂耦合到超声换能器，超声换能器接收到信号后通过检测系统进行信号的放大、滤波、采集和存储，超声换能器在控制器控制下对目标体进行扫描检测；

第二步：获取目标体热声源

已知热声成像的声压波动方程：