[发明专利]一种用于生物感应式磁声内窥成像的电导率重建方法

权利要求书

1.一种用于生物感应式磁声内窥成像的电导率重建方法，其特征是，所述方法在建立多层腔体组织横截面模型的基础上，对超声探测器采集到的原始磁声信号进行包括叠加平均、滤波去噪以及反卷积在内的预处理；然后利用预处理后的磁声信号重建多层腔道壁组织横截面上的声源分布；最后根据得到的声源分布重建出组织横截面的电导率分布图。

2.根据权利要求1所述的一种用于生物感应式磁声内窥成像的电导率重建方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

a.建立多层腔体组织横截面模型：

成像导管位于模型的中心，超声探测器位于成像导管顶端，由微型电机驱动导管旋转，对腔道组织进行周向扫描，成像平面(即扫描平面)与成像导管垂直；忽略超声探测器的孔径尺寸，将其看作理想的点探测器；以成像导管的中心为坐标原点，水平向右的方向为X轴正方向，垂直于X轴向上的方向为Y轴正方向，在成像平面上建立X-Y平面直角坐标系，将成像平面以坐标原点为圆心等角度划分为m份，成像导管在成像平面内作圆周扫描并在每一个角度上采集磁声信号，采集角度为θ_i＝360(i-1)/m，其中i＝1,2,…,m；

b.对超声探测器接收的磁声信号进行预处理：

①叠加平均：

成像导管旋转360度为一个周期，取N个周期的磁声信号，将角度θ_i处的磁声信号进行叠加平均，即

$p_i^I=\frac{p_{i1}+p_{i2}+...+p_{iN}}{N}$

其中，p_i1,p_i2,...,p_iN分别是在第1,2…,N个周期中在角度θ_i处采集的磁声信号，是叠加平均后的磁声信号，i＝1,2,…,m；

②滤波去噪：

对叠加平均后的磁声信号进行高斯平滑滤波去噪：

$p_i^{II}=p_i^I*\exp \[-t^2/\left(2{\mathrm{\τ}}^2\right)\]$

其中，是滤波后的磁声信号，τ是高斯分布参数，t是时间，“*”是卷积运算；

③反卷积：

对滤波后的磁声信号进行逆卷积处理：

$p_i^{III}=IFFT\left(\frac{P_i^{II}\left(\mathrm{\ω}\right)}{H\left(\mathrm{\ω}\right)}\right)$

其中，P_i^Ⅱ(ω)是的傅里叶变换；H(ω)是超声探测器的单位冲激响应h(t)的傅里叶变换；IFFT(·)表示快速傅里叶反变换；是经叠加平均、滤波去噪和反卷积处理后的磁声信号；

c.重建组织横截面上的声源分布

保持声压序列的空间坐标不变，仅在时域中模拟声压信号的逆向传播过程，重建组织横截面上的声源分布，角度θ_i处腔体组织的声源分布由下式求得：

$\▿\·\[J\left(r\right)\×B_0\]\≈-\frac{1}{2{\mathrm{\πc}}_s^3}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{cos\θ}}^{\′}}{|r_i-r{|}^2}\frac{{\∂}^2{p}_i\left(r_i,t\right)}{\∂t^2}{|}_{t=|r_i-r|/c_s}$

其中，是哈密顿算子；r是成像平面中的一点；t是时间；c_s是超声波在组织中的传播速度；“·”是向量的点积；“×”是向量积；J(r)是位置r处的感应电流强度；s(t)是磁激励信号的时间项；B₀是外加静磁场强度；p_i(·)为正向声场中扫描角度为θ_i处的声压；p_i(r_i,t)表示超声探测器采集到的正向声场中在扫描角度θ_i、位置r_i处、时刻t的声压；p_i”(·)为p_i(·)对时间的二阶导数；θ'是r和r_i的连线与超声探测器扫描轨迹在r_i处的径向的夹角；

d.重建组织横截面的电导率分布

腔体壁组织的电导率由腔道中的物质的电导率按照下式逐层求解得到：

$\mathrm{\σ}\left(r\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_x\left(r\right)J_y\left(r\right)B_0-{\mathrm{\σ}}_y\left(r\right)J_x\left(r\right)B_0}{\▿\·\[J\left(r\right)\×B_0\]dl+J_y\left(r\right)B_0-J_x\left(r\right)B_0}$

其中，σ(r)是组织在位置r处的电导率，σ_x(r)和σ_y(r)是与待求面元相邻的x和y方向的面元的电导率，J_x(r)和J_y(r)是感应电流强度J(r)在x和y方向上的分量，dl是正方形面元的边长，逐层求解腔体壁组织的电导率具体方法如下：

在腔道与多层腔道壁组织的分界处，将腔道中物质的电导率作为σ_x(r)和σ_y(r)的初始值，代入上式中求解出腔道壁内膜的电导率，并将其作为新的σ_x(r)和σ_y(r)值，依次求得腔道壁其它层组织的电导率。