[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用生物组织产生的磁声信号重建腔体组织横断面的电导率分布图的方法，属于医学成像技术领域。

背景技术

生物感应式磁声内窥成像(Endoscopic Magnetoacoustic Tomography with Magnetic Induction,EMAT-MI)是从腔道(如消化道、肠道和血管等)内测量和收集腔体组织的电特性信息，其成像原理是将待测组织置于一个磁场方向沿管腔轴线方向的静磁场中，同时外加与静磁场相同方向的、频率为超声波段的脉冲磁场。在脉冲磁场的作用下组织中会产生感应电流，感应电流受到静磁场的影响产生洛伦兹力，组织中的带电粒子在洛伦兹力的作用下产生与时变磁场同频率的机械振动，并以超声波的形式(即磁声信号)向组织表面传播。超声探测器在微型电机的驱动下，在腔道内进行周向扫描并收集周围组织产生的磁声信号，最后经由计算机重建出被测组织表面的声源分布或者电导率分布图像。

图像重建是EMAT-MI成像必不可少的一部分，区别于在成像目标的体外采集磁声信号的感应式磁声(Magnetoacoustic Tomography with Magnetic Induction,MAT-MI)成像方法，EMAT-MI是在封闭的腔体内采集磁声信号，超声探测器的扫描会受到腔道封闭几何结构的限制，无法直接采用现有的MAT-MI图像重建算法。因此设计合适的EMAT-MI图像重建算法对提高成像质量，改善图像的视觉效果至关重要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有MAT-MI图像重建算法难以适用于EMAT-MI成像的弊端，提供一种用于EMAT-MI成像的电导率重建方法，以提高重建图像的质量。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种用于生物感应式磁声内窥成像的电导率重建方法，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。

上述用于生物感应式磁声内窥成像的电导率重建方法，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

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：

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：

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：