[发明专利]一种用于三维热断层成像的有限元重建方法

说明书

本发明公开了一种用于三维热断层成像的有限元重建方法，包括步骤：步骤一：通过计算机断层成像和结构磁共振功能成像，确定重建生物体几何结构与热生理参数；步骤二：利用已确定的热生理参数构建先验知识矩阵；步骤三：利用构建后的矩阵，测量获得边界温度作为初始输入；步骤四：构建边界温度与体内热源关系，并依据其进行热源分布求解；步骤五：求解完成后，获得集成体内温度与热源分布的热断层成像。本发明利用热生理参数构建先验知识矩阵，并将测量获得边界温度作为初始输入。通过构建边界温度与体内热源关系，并依据其进行热源分布求解，获得集成体内温度与热源分布的热断层成像。

技术领域

本发明涉及一种用于三维热断层成像的有限元重建方法，属于数字医学影像工程技术领域。

背景技术

作为人体最基本的生理参量，体内温度的实时测量在患者监护、手术麻醉管理、人体生物钟学等领域发挥着重要的作用。然而，常规有创体内温度检测方法无法实现体内三维温度的测量，且操作不当易引起感染，给患者带来痛苦；无创检测技术则受重构方法限制，只能提供体内平均温度的基本信息，无法获得准确的三维温度分布信息。因此，发展评估人体热生理病理状态的三维温度场重建或者热断层成像技术便显得尤为重要。

人体体表温度场是体内温度场经热传导、辐射以及对流形成的。结合体表温度或热流等信息，对生物传热模型进行反问题求解，可实现体内三维温度场重构。然而，作为典型的反问题求解过程，生物体内三维温度场反重建(热断层成像)常常表现出极强的病态特性。同时，生物体内生理结构的复杂性进一步增加生物传热反问题求解的难度。至今尚未有可直接临床应用的热断层成像技术问世，相关研究仍处于理论与技术的初步阶段。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种用于三维热断层成像的有限元重建方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种用于三维热断层成像的有限元重建方法，包括以下步骤：

步骤一：通过计算机断层成像和结构磁共振功能成像，确定重建生物体几何结构与热生理参数；

步骤二：利用已确定的热生理参数构建先验知识矩阵；

步骤三：利用构建后的矩阵，测量获得边界温度作为初始输入；

步骤四：构建边界温度与体内热源关系，并依据其进行热源分布求解；

步骤五：求解完成后，获得集成体内温度与热源分布的热断层成像。

本发明进一步的改进在于，生物体几何结构由计算机断层成像和结构磁共振功能成像重建获得，步骤一的具体过程包括：

将Pennes生物传热方程整理成式(1)：

其中，Ω₁和Ω₂为组织体内组成单元，Γ₁为组织体与周围环境边界，Γ₂为Ω₁和Ω₂边界；u＝T-T_a，T与T_a分别为组织温度与毛细血管网温度；k为组织热导率；α＝ρ_bω_bc_b，ρ_b，ω_b与c_b分别为血液密度、灌注率及比热；β＝h_f为组织与周围环境之间的对流换热系数；θ＝T_a-T_w，T_w为环境温度；Q_m为组织代谢产热；S为组织热源分布。

本发明进一步的改进在于，所述组织热导率k通过扩散张量成像进行重建。

本发明进一步的改进在于，所述灌注率ω_b通过血氧水平依赖功能磁共振成像或动脉自旋标记成像进行重建。