[发明专利]基于声电效应的三维功率密度成像方法

摘要

本发明提供一种基于声电效应的三维功率密度成像方法，该方法将单层或者多层离散的电极阵列固定在被测生物组织的某截面或者多层截面的外侧，由电极阵列所包围的三维区域为测量物场，聚焦超声换能器垂直于电极阵列分布所在截面，调节其位置，使聚焦超声换能器的焦斑位于测量物场上，焦斑在测量物场上所覆盖的区域称为聚焦域，聚焦超声换能器所发射的聚焦超声波对聚焦域处生物组织的电导率产生扰动，利用电极阵列测量的边界测量电压向量，当聚焦超声换能器完成对各个聚焦域的扰动后，利用各个聚焦域处的功率密度值，获得测量物场的三维功率密度分布图或者某二维截面的功率密度分布图。本发明可以提高测量物场介质分布空间分辨率。

主权项

一种基于声电效应的三维功率密度成像方法，该方法将单层或者多层离散的电极阵列固定在被测生物组织的某截面或者多层截面的外侧，每层电极阵列均匀或非均匀分布，由电极阵列所包围的三维区域为测量物场，聚焦超声换能器垂直于电极阵列分布所在截面，调节其位置，使聚焦超声换能器的焦斑位于测量物场上，焦斑在测量物场上所覆盖的区域称为聚焦域，聚焦超声换能器所发射的聚焦超声波对聚焦域处生物组织的电导率产生扰动，利用电极阵列测量的边界测量电压向量；当聚焦超声换能器完成对各个聚焦域的扰动后，利用各个聚焦域处的功率密度值，结合各个聚焦域的位置信息，即可获得测量物场的三维功率密度分布图，包括下列的步骤:1)测量聚焦超声换能器的焦斑尺寸以及声压值P使传声器对准聚焦超声换能器，并使传声器的感应单元处于聚焦超声换能器的焦斑处，测量得到焦斑处的声压值P，调节传声器的位置，测量聚焦超声换能器的焦斑尺寸；2)将测量物场划分为I个聚焦域，确定各个聚焦域的位置信息，以及聚焦超声波拟对各个聚焦域的扫描顺序根据测量物场尺寸以及步骤1)中测量得到的焦斑尺寸，将测量物场划分为I个聚焦域，划分原则为：聚焦超声换能器可以完成对整个测量物场的扫描，并且各聚焦域不重叠；记录各个聚焦域的三维位置信息，即每个聚焦域的坐标(x,y,z)，并确定聚焦超声波拟对各个聚焦域的扫描顺序，从1至I；3)在无超声聚焦情况下，对测量物场进行电学激励和测量，获得边界测量电压向量φ(x,y,z)通过在激励电极上施加电流激励或者电压激励，实现对测量物场施加电学激励，采集相对电流激励、相邻电极测量模式下的各个测量电极上的边界电压，构成边界测量电压向量φ(x,y,z)，完成一次激励测量过程；4)在超声聚焦情况下，聚焦超声波扰动每个聚焦域i，同时再次对测量物场进行电学激励、测量，获得边界测量电压向量φi(x,y,z)将聚焦超声换能器垂直于电极阵列分布所在截面，对每个聚焦域i，1≤i≤I，在聚焦超声波扰动的同时，均完成一次步骤3)中电极阵列的激励测量过程，获得聚焦超声波扰动该聚焦域时测量物场的边界测量电压向量φi(x,y,z)；5)定义功率密度为电导率与电场强度平方的乘积，利用步骤3)和步骤4)分别测量得到的边界电压信号φ(x,y,z)和φi(x,y,z)，通过如下公式计算每个聚焦域i位置的功率密度值，记为Si(x,y,z)，Si(x,y,z)=-[∫∫∫ΩkP]-1∫∫∂Ω(φi(x,y,z)-φ(x,y,z))j(x,y,z)dxdydz]]>其中，k＝10‑9为介质的声电效应系数；j(x,y,z)为步骤3)中施加在激励电极上的外法向电流密度，即为激励电流与激励电极面积的比值；Ω为测量物场；为测量物场外边界；6)获得整个测量物场的功率密度分布图像S(x,y,z)由各个聚焦域位置的功率密度值，结合步骤1)中的各个聚焦域的位置信息，得到整个测量物场的功率密度分布图像S(x,y,z)。