基于頻域的磁聲耦合成像方法研究.pdf

1、磁聲耦合成像是一種新型無創(chuàng)生物組織電特性功能成像技術，具有超聲成像高空間分辨率和電阻抗成像高對比度的優(yōu)勢，在腫瘤早期診斷方面具有重要的應用價值。微弱聲信號的檢測和處理是磁聲成像重要的研究內容，對圖像對比度和成像精度起關鍵作用。
　　目前磁聲耦合成像通常采用時域的信號檢測處理方法，采用kV級高壓μs窄脈沖進行激勵以達到mm分辨率，其激勵源設計實現難度較大，同時存在一定安全性問題，且時域方法檢測易受到高頻空間電磁場耦合干擾，限制了成像

2、質量。
　　針對目前時域磁聲耦合成像方法存在的問題，本文提出頻域的磁聲成像方法，采用kHz連續(xù)正弦信號激勵，其產生的聲信號在kHz頻段，衰減遠小于MHz頻段，簡化了實驗成像裝置。另外，頻域信號的檢測采用鎖相放大技術，對微弱聲信號頻域信息的檢測放大，提高了信號檢測精度，實現不同頻率的信號幅值相位信息的測量，通過基于頻域檢測的圖像重建算法，實現組織聲源電導率分布圖像的重建。
　　本文依據波動方程建立了頻域磁聲耦合正問題的數學模型

3、;基于正弦波激勵，采用復平面矢量疊加求和方法，對頻域磁聲耦合正問題即磁聲信號幅值相位進行求解;并通過數值求解和解析解，對簡單電導率邊界仿體邊界聲源進行了仿真研究，基于復平面聲源矢量疊加方法分析了不同模型下的頻域幅值和相位特性。搭建頻域磁聲成像實驗系統(tǒng)，設計基于虛擬儀器平臺的掃描檢測系統(tǒng)的驅動控制程序，實現了成像實驗系統(tǒng)的同步驅動控制采集和數據預處理，進行了頻域方法的電導率邊界模型的實驗研究，驗證頻域磁聲耦合數學模型和仿真研究結果。最后建

4、立了頻域磁聲成像逆問題模型，利用優(yōu)化算法對求解電導率分布的頻域磁聲耦合逆問題進行了仿真和實驗研究。
　　仿真研究表明，不同仿體的頻域幅值隨著聲源空間位置、介質聲源幅值的變化而變化，變化規(guī)律滿足頻域磁聲耦合模型。同時對于相同介質模型在不同頻率下，其對應的幅值和相位不同，且多層介質模型聲源滿足單層聲源矢量的疊加求和規(guī)則。頻域信號包含了電導率邊界分布信息，通過鎖相放大方法對頻域磁聲信號檢測，可獲取該電導率信息，同時降低了激勵源的要求。實

5、驗結果表明，頻域相位隨距離變化規(guī)律滿足頻域磁聲耦合理論與仿真結果，對于金屬電導率邊界模型，輸出激勵幅值達到1V以下時即可檢測到磁聲耦合聲信號。磁聲信號的檢測精度得到提高，檢測精度可達到10-7Pa，同時空間分辨率可達到mm量級。
　　總之，本研究提出的頻域磁聲耦合成像方法，提高了微弱磁聲信號檢測精度，對實現磁聲耦合介質內部電導率的檢測和成像的研究具有重要意義。同時有利于降低磁聲耦合激勵源設計實現難度，簡化磁聲成像系統(tǒng)系統(tǒng)設計難度，