[发明专利]一种注入电流式热声成像方法

摘要

一种注入电流式热声成像方法，通过电极向成像目标体注入电流，在成像目标体中产生焦耳热，引起热膨胀，产生超声信号，利用超声探头检测超声信号。根据检测的超声信号，重建声源和目标体的电导率分布。本发明可用于高分辨率的电阻抗成像，用于疾病的早期诊断。

主权项

1.一种注入电流式热声成像方法，其特征在于，所述的注入电流式热声成像方法通过电极向成像目标体注入电流，在成像目标体中产生焦耳热，引起热膨胀，产生超声信号，根据检测的超声信号，重建声源分布和电导率分布；成像方法的步骤为：超声探头接收超声信号、利用接收的超声信号采用时间反演法重建声源分布、获取目标体标量电位空间分布、采用最优化迭代重建成像目标体电导率；各步骤具体如下：所述的超声信号由注入的电流产生，成像目标体的电导率分布σ，注入电流I在成像目标体中产生的电场强度E，电流密度J＝σE，产生的超声声压满足方程：其中，p为声压，c为声速，β为等压膨胀系数，C_p为物体的比热容，t为时间，▽为拉普拉斯算子；所述的注入电流式热声成像方法步骤如下：步骤1：通过电极向成像目标体注入电流，通过布置在目标体周边的超声探头接收产生的超声信号；步骤2：利用接收的超声信号重建声源分布；已知注入电流式热声成像的声压波动方程：式中，p(r,t)是在时刻t和位置r的声压，c是热声源在耦合剂与目标体中的传播声速，C_P和β分别表示目标体的比热容和体积膨胀系数，Q(r′)是r′位置的热声源分布，I(t)为注入电流I随时间t变化的函数，即I(t)表示方程右端项的时间函数；对方程(1)利用时间反演法进行求解，得到热声源的重建公式：式中，r为超声换能器位置、r′为热声源位置、S为超声换能器的检测面，n为检测面上超声换能器位置r的单位矢量；选取目标体的某一断层面z＝z₀，断层面z＝z₀上利用时间反演法对方程(1)求解，获取热声源Q(r₀′)；目标体上的热声源Q(r′)通过断层数据在z方向的插值得到，或者通过移动超声换能器分层计算得到；步骤3：获取目标体标量电位空间分量；热声源分布同时是电导率和电场强度的函数，因此热声源表示为：Q＝σE²              (3)式(3)中，Q为热声源分布，σ为目标体的电导率，E为目标体内电场强度分布；所述的注入电流式热声成像方法主要用于生物组织的成像，考虑到生物组织的电导率较低，电场强度的空间分布表示为：E＝‑▽φ            (4)式(4)中，φ是标量电势，▽是哈密顿算符；根据电流连续性定理，有：▽·(σ▽φ)＝0          (5)对目标体进行空间离散，给出电导率的初值[σ]⁰，将[σ]⁰代入公式(5)，利用线性有限元方法求解得到标量电位的空间分量[φ]⁰；步骤4：最优化迭代重建成像目标体电导率；由公式(3)和公式(4)得到：定义优化目标函数：f(σ)＝[Q‑σ(▽φ)·(▽φ)]²        (7)将标量电位的空间分量[φ]⁰代入优化目标函数中，通过最优化算法进行迭代，直到误差满足终止条件，所得的电导率即为最终目标体的电导率。