[发明专利]一种纳秒脉冲电场诱导热声信号处理方法及系统

说明书

本发明公开了一种纳秒脉冲电场诱导热声信号处理方法及系统，属于热声成像检测领域，目标体和A，B两个电极的极板间填充绝缘油，采用电极施加纳秒宽的脉冲电压，通过超声探头采集声信号；利用有限元方法求解得到目标体的电标位，再求解目标体内的电场强度和电流密度；目标体内的电场强度和电流密度与目标体的电导率分布有关；因目标体的热函数与其电导率分布有关，最终获得目标体声信号与电导率的分布关系。该方法具有高对比度、高分辨率、非接触测量、结构简单和穿透深度更大的优势。

技术领域

本发明属于热声成像检测领域，尤其涉及的是一种纳秒脉冲电场诱导热声信号处理方法及系统。

背景技术

针对生物组织电特性参数的成像技术具有重要意义，其有望用于生物检测领域，例如在生物组织发生异常前，能够提前检测目标体并对其进行成像。然而如何深度采集目标体电特性参数获取中间信息，并进行后续准确处理一直是电特性参数成像普遍存在的难题。

目前对生物组织电特性参数成像的技术主要有磁声成像、微波热声成像、感应式热声成像等。其中，磁声成像是将目标体置于静磁场中，用注入电流或感应电流激励目标体，电流在静磁场作用下产生洛伦兹力振动形成超声波，探测超声信号，然而该技术需要磁体设备产生静磁场，提高了成像成本。

微波热声成像采用微波信号对生物组织进行辐照产生热效应激发超声信号，以超声作为载体，反映生物组织内部微波吸收率差异，得到组织吸收微波的信息，从而进行成像，但是信号在组织中的穿透深度与频率成反比，这导致微波难以透入组织内部进行成像。

感应式热声成像通过激励线圈对导电目标体施加MHz量级的交变磁场，在导电物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，采用的激励源频率更低，穿透深度有所增加，但是随着与激励线圈距离的增加，其感应出的电场就会变弱，不能深入组织内部进行成像。

发明内容

本发明为了解决现有技术需要与目标体直接接触，无法深入内部获取信息以便后续成像的问题，本发明提供一种纳秒脉冲电场诱导热声信号处理方法(ns pulse electricfield induced thermo-acoustic imaging，简称nsPEFTAI)，该方法具有高对比度、高分辨率、非接触测量、结构简单和穿透深度更大的优势。

本发明提供的技术方案如下：

一种纳秒脉冲电场诱导热声信号处理方法，目标体和A，B两个电极的极板间填充绝缘油，采用电极施加纳秒宽的脉冲电压U(t)，通过超声探头采集声信号；利用有限元方法求解得到目标体的电标位，再求解目标体内的电场强度和电流密度；因目标体内的电场强度和电流密度与目标体的电导率分布有关，且目标体的热函数与其电导率分布有关，从而最终获得目标体声信号与电导率的分布关系。

具体处理步骤优选包括：

将目标体置于目标区域内，在目标体和A，B两个电极的极板之间填充电导率为0的绝缘油，并将超声探头和目标体浸没在绝缘油当中，采用A，B两个电极对目标区域内施加一个纳秒宽的脉冲电压U(t)，通过超声探头采集声信号；

①由于目标体由非导电介质包裹，目标体中的电场是通过电解质感应产生的，因此符合安培定律：

其中，▽是哈密尔顿算子，J是电流密度，j是虚数单位，E是电场强度，D是电位移矢量，t是时间，ω是频率，ε是介电常数，σ是电导率，由于绝缘油中电导率为0，目标体中介电常数相对于电导率大小能够忽略不计，由此在绝缘油能够忽略σ^*的实部，在目标体中能够忽略σ^*的虚部，即σ^*＝σ；

②由于目标体内中的电场是通过电解质感应产生的，感应的磁场非常小，故采用电准静态近似，纳秒脉冲电场诱导热声成像能够描述为