[发明专利]一种磁热声温度成像方法与装置

说明书

一种磁热声温度成像方法与装置，采用脉冲激励源通过激励线圈激励目标体，由于脉冲磁场的作用，在目标体内产生焦耳热，引起热膨胀产生超声波。超声换能器检测超声信号，利用检测的超声信号重建目标体的温度场分布和电导率分布，重建的电导率分布能够补偿由于电导率差异性导致的温度分布。磁热声温度成像装置包括脉冲磁场激励系统、超声检测系统和计算机(A1)；计算机(A1)分别连接脉冲磁场激励系统和超声检测系统，脉冲磁场激励系统采用非接触方式激励目标体(A5)，目标体(A5)产生的超声信号通过耦合介质耦合到超声检测系统的超声换能器(A6)。

技术领域

本发明涉及一种磁热声成像方法与成像装置。

背景技术

创伤性颅脑损伤是一种常见的外伤性疾病，常造成严重的病理后果，是目前导致人群死亡及严重伤残的重要原因之一。颅脑损伤后脑水肿是一种常见且重要的病理机制，常常加重颅内高压而导致病情恶化，对脑水肿治疗是颅脑损伤治疗策略中的一个重要环节，亚低温治疗是目前被国内外广泛肯定的颅脑损伤治疗方法，可降低脑损伤死亡率，改善预后，具有显著脑保护作用，是当前颅脑损伤最具有前景的救治手段之一，但亚低温的精确测量尤其是在病变区的精确测量是目前的难点问题。

医学领域采用的温度测量技术按照传感器是否与组织直接接触，分为接触式测量与非接触式测量两种。其中接触式温度测量技术如热电偶或荧光温度传感器等，其侵入式特点而不适合应用在深部及活体生物组织中，而非接触式温度测量技术中，红外温度测量技术虽然可以提供高灵敏度、高精度的测量方案，但由于光在组织中穿透性差且具有散射特性，只能测量生物组织表面温度。磁共振测温可以实现无创、大范围精确测温，而且穿透深度和分辨率都是不错的选择，但是其成本高，测温设备体积庞大，由此可见现有温度测量方法难以满足临床上载体生物组织温度的深部测量。

发明内容

为了克服现有温度成像技术不能进行深部组织温度的精确测量的缺点，解决深部生物组织高精度、低成本成像问题，本发明提出一种磁热声温度成像方法与成像装置。本发明可实现深部生物组织温度成像，不限于脑损伤低温保护等领域的温度测量，也可以用于对光热治疗、高强度聚焦超声(HIFU)热疗、磁热疗以及电热疗等对温度需要精确监控的领域。

本发明磁热声温度成像方法的原理为：脉冲激励源通过激励线圈激励目标体，由于脉施加的冲磁场的作用，在目标体内产生焦耳热，引起热膨胀，产生超声波，超声换能器检测超声信号，利用检测的超声信号重建目标体的温度场分布和电导率分布，而且重建的电导率分布可以补偿由于电导率差异性导致的温度分布。

以下结合理论公式说明温度测量原理及方法。

磁热声声压波动方程为：

式中，为拉普拉斯算符，P(r,t)为声压，C_s为超声波传播速度，t为时间，β膨胀系数，S(r)为热函数，C_p为比热容，δ(t)为热源的时间项，r为热源所在的位置坐标，为偏微分符号。

公式(1)的两端同时乘C_s²，则：

其中Γ(r)为格律奈森系数。

激励脉冲在目标体内产生的初始声压可以表示为：

p₀(r)＝Γ(r)S(r) (3)

其中p₀(r)为初始声压。

从公式(3)可以看出声压由格律奈森系数和热函数两部分乘积组成，即两部分同时影响声压分布，忽略组织热膨胀影响，声速C_s用经验公式表示为：

其中，A和B都是与生物组织自身性质有关的常数，T是温度。