[发明专利]基于声电效应的三维功率密度成像方法

说明书

技术领域

本发明属于成像技术领域，涉及多物理场混合成像技术，具体是一种功率密度成像方法。

背景技术

人体各个组织(器官)具有不同的电学特性，而且一些病理现象和生理活动均会引起人体组织电学特性的变化，因此生物组织携带着丰富的生理和病理信息。通过一定的技术手段，重建生物组织的电学特性或者介质分布图像，进而分析和研究生物体的生理和病理状况，在临床上具有很高的实用价值。

电阻抗层析成像技术(Electrical Impedance Tomography，EIT)是基于电特性敏感机理的层析成像技术，其通过电学手段，判断出敏感场内物体的电特性分布，进而获得该场内介质的分布图像。在成像过程中，使用人体能接受的微小安全电流，而不使用核素或摄像，对人体无电离或者辐射作用；另外，其结构简单、测量方便，价格低廉，适合应用于医疗普查和对患者进行长期的医学图像监护，是非常有应用和研究价值的技术手段。近几十年学者对EIT进行广泛研究，其在理论、硬件、软件、算法等方面都取得很大进步。

但是，目前多数EIT研究还局限于二维成像，主要原因是三维成像使得求解未知数增加，导致逆问题的非线性、不适定性变得更加严重，重建图像空间分辨率和精度都很低，限制其应用和发展。研究新的方法获得更多的有效信息是解决三维EIT成像低空间分辨率、低精度的根本方法。

在生物电阻抗成像领域，研究者们在完善实验设计和改进重建算法的同时，尝试从物理场耦合的角度将电阻抗成像与其他成像技术相结合以增加成像的有效信息，从而提高图像的空间分辨率。

声电效应是指，聚焦的超声波在介质传播中引起压力变化，造成了局部区域(聚焦区域)周期的机械压缩和松弛(由超声波的频率决定)，引起局部区域的微小弹性形变，从而导致局部电导率变化。

美国的Ragnar Olafsson等人提出基于声电效应的电流密度成像，基于声电效应利用声电信号重建被测物场内部电流源分布信息(Ultrasound Current Source Density Imaging，Ragnar Olafsson,Russell S.Witte,Sheng-Wen Huang and Matthew O’Donnell,IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING,2008,55(7):1840-1848)。Yang Renhuan等人进一步提出三维的电流源密度成像方法(3D current source density imaging based on the acoustoelectric effect:a simulation study using unipolar pulses,Yang Renhuan,Li Xu,Liu Jun and He Bin,Physics in Medicine and Biology,2011,56,3825-3842)(A 3-D reconstruction solution to current density imaging based on acoustoelectric effect by deconvolution:a simulation study,Yang Renhuan,Li Xu,Song Aiguo,He Bin andYan Ruqiang,Transactions on Biomedical Engineering,2013,60,1181-1190)。2013年中国专利(CN 103156605A)也公开了一种基于声电效应的生物组织电流密度成像。