[发明专利]基于直接迭代的注入电流式热声电导率图像重建方法

摘要

一种基于直接迭代的注入电流式热声电导率图像重建方法，第一步获取目标体注入电流式热声信号；第二步根据热声信号利用时间反演法获取目标体的热声源；第三步给定电导率初值，求解标量电位；第四步求解新的电导率；第五步迭代求解电导率。具体过程为，首先利用时间反演法获取某一断层面上的热声源分布，再利用插值法获取目标体整体热声源，对目标体进行空间离散，给出电导率的初值[σ]⁰，然后根据电流连续性定理，已知[σ]⁰求解标量电位[φ]¹，再将标量电位[φ]¹代入热声源与电导率满足的关系式，得到更新后的电导率[σ]¹；用[σ]¹替换[σ]⁰，重复上述过程，直到电导率相对误差满足ε＝||([σ]ⁱ‑[σ]^i‑1)/[σ]^i‑1||₂≤ε₀。

主权项

1.一种基于直接迭代的注入电流式热声电导率图像重建方法，所述的注入电流式热声电导率图像重建方法基于注入电流式热声成像原理，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热声源和电导率；所述图像重建的实现过程为：第一步获取目标体注入电流式热声信号；第二步根据热声信号获取目标体的热声源；第三步给定电导率初值，求解标量电位；第四步求解新的电导率；第五步迭代求解电导率，其特征在于，所述的第一步获取目标体注入电流式热声信号的方法为：激励源通过注入电极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)接收到超声信号后通过检测系统进行信号的放大、滤波、采集和存储，超声换能器(5)在控制器控制下对目标体进行扫描检测；所述第二步获取目标体的热声源的方法为：根据第一步获取的声压信号，利用声压信号重建目标体上整体热声源；热声源分布的时间反演法重建公式为：其中，R为标量，R＝|r′‑r|，R为矢量，r'是超声探头的位置，r为热声源位置，S_d是超声探头所在的平面，p′是声压对时间的一阶导数，n是r′位置S_d的法线矢量，β为目标体的热膨胀系数；所述第三步求解标量电位的方法为：热声源表示为：S＝σE²＝σE·E    (3)S为热声源，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，电场强度表示为：E＝‑▽φ    (4)式(4)中，φ是标量电势，▽是哈密顿算符；针对生物组织，采用电准静态近似，根据电流连续性定理，有：▽·(σ▽φ)＝0    (5)其中，▽·为散度符号，▽φ是标量电位φ的梯度；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，为φ的法向导数；对目标体进行空间离散，给出目标体的初值[σ]⁰，将[σ]⁰代入公式(5)，结合边界条件(6)进行有限元求解，重建得到标量电位[φ]¹；所述第四步求解新的电导率的方法为：由公式(3)和公式(4)，可知：将热声源S和标量电位[φ]¹代入公式(7)，得到更新后的电导率[σ]¹；第五步迭代求解电导率的方法为：利用[σ]¹替换[σ]⁰，重复第三步、第四步，直到电导率相对误差满足ε＝||([σ]ⁱ‑[σ]^i‑1)/[σ]^i‑1|₂≤ε₀，即停止迭代过程，这里ε₀为给定的最大相对误差，ε为相对误差；通过以上过程重建目标体的电导率。