[发明专利]一种注入电流式热声成像电阻率重建方法

摘要

一种注入电流式热声成像电阻率重建方法，基于电流注入方式的热声成像原理。通过电极向成像目标体注入脉冲电流，在成像目标体中产生焦耳热，引起热膨胀，产生超声信号，用超声换能器接收超声信号，对接收到的超声信号进行处理和采集，采用电阻率图像重建算法获取目标体的电阻率图像。具体步骤为：1、首先获取注入电流式热声信号；2、利用获取的注入电流式热声信号重建目标体热声源；3、利用热声源，采用非线性有限元求解方法重建矢量电位；4、利用重建的矢量电位重建电阻率。

主权项

1.一种注入电流式热声成像电阻率重建方法，其特征在于，所述的注入电流式热声电阻率图像重建方法基于注入电流式的热声成像原理，通过电极向成像目标体注入脉冲电流，在成像目标体中产生焦耳热，引起热膨胀，产生超声信号，用超声换能器接收超声信号，对接收到的超声信号进行处理和采集，采用电阻率图像重建算法获取目标体的电阻率图像；热声源的获取方法为：已知热声成像的声压波动方程：其中r为超声换能器位置，p(r,t)是声压，c_s为介质中的声速，C_P为目标体(3)的比热容，β为目标体(3)的热膨胀系数，δ(t)是狄拉克函数，S(r)为热声源分布，t为时间，为拉普拉斯算符；选取目标体的某一断层面z＝z₁，超声换能器在此断层面上进行圆周扫描，采集超声信号，利用方程(1)，求解z＝z₁断层面上的热声源分布S(x,y,z₁)，移动超声换能器在不同断层面上进行扫描检测，求解不同断层面上的热声源分布，目标体(3)上整体热声源S可由分层检测计算或z方向上插值得到；热声源S同时是电阻率和电流密度的函数表示为：S＝ρJ²＝ρJ·J   (3)其中，ρ为目标体(3)的电阻率，J为目标体(3)内电流密度分布；所述的注入电流式热声成像电阻率重建方法包括以下步骤：第一步：获取注入电流式热声信号激励源(1)通过注入电极A(2)和注入电极B(4)对目标体(3)注入脉冲电流，目标体(3)在电流作用下产生焦耳热，进而产生热膨胀，激发超声信号，超声信号通过耦合剂耦合到超声换能器(5)，超声换能器(5)接收到信号后通过检测系统(6)进行信号的放大、滤波、采集和存储，在上位机(7)中实现图像重建，超声换能器(5)在控制器(8)控制下对目标体进行扫描检测；第二步：获取目标体热声源根据第一步采用一对注入电极A(2)、注入电极B(4)，向目标体注入电流后，引发热膨胀，激发声信号，检测到声压信号，采用声压信号重建目标体上整体热声源；第三步：求解矢量电位根据电流连续性定理，电流的散度为零，引入矢量电位，则有：其中，T为矢量电位，为矢量电位的旋度，为哈密顿算符；利用欧姆定律，J＝σE＝E/ρ，则有：由式(3)和式(4)可得：将式(6)代入式(5)中，得到：满足的边界条件为：其中，Γ_A,B为注入电极位置，Γ_g为除去电极之外的目标体边界，A₀为电极与目标体接触面积，I为注入电流，n表示区域的外法向单位矢量；将热声源S代入公式(7)，结合边界条件(8)，进行有限元法求解，即可重建得到矢量电位T；第四步：求解电阻率将矢量电位T代入公式(6)，即可重建电阻率ρ。