一種基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法及裝置，方法：測(cè)試聲換能器接收特性聲場(chǎng)分布，建立聲換能器模型；設(shè)定磁聲實(shí)驗(yàn)的初始條件，基于聲換能器模型和電導(dǎo)率仿真模型，獲取聲換能器接收的聲壓數(shù)據(jù)；對(duì)聲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行磁聲圖像重建。裝置有聲場(chǎng)分布檢測(cè)系統(tǒng)和用于磁聲圖像重建系統(tǒng)，磁聲圖像重建系統(tǒng)有磁聲成像實(shí)驗(yàn)裝置，輸入端與設(shè)置在磁聲成像實(shí)驗(yàn)裝置中的聲換能器相連的磁聲信號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端連接差分放大器，輸入端與差分放大器的輸出端相連的圖像重建工作站，與圖像重建工作站的輸出端相連的顯示設(shè)備。本發(fā)明方法獲得的重建電導(dǎo)率分布圖像能夠降低在不同聲換能器檢測(cè)下帶來(lái)的偽影，重建圖像與原始圖像的差異度很小。
【專利說(shuō)明】一種基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種磁聲圖像重建方法。特別是涉及一種基于聲換能器接收特性的磁 聲圖像重建方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁聲耦合成像基于電磁聲耦合原理，通過(guò)在電磁作用下產(chǎn)生的洛倫茲力耦合，激 發(fā)聲波被外界檢測(cè)進(jìn)而對(duì)組織進(jìn)行電導(dǎo)率功能成像的技術(shù)。其目的是，在組織密度發(fā)生改 變之前的電特性（電導(dǎo)率）變化進(jìn)行檢測(cè)，從而為疾病尤其是腫瘤的早期診斷提供依據(jù)。磁 聲耦合成像技術(shù)將阻抗成像技術(shù)與超聲成像技術(shù)結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮兩種成像技術(shù)的長(zhǎng)處，主 要體現(xiàn)在磁場(chǎng)激勵(lì)不會(huì)受到體表的低電導(dǎo)率組織影響，屏蔽效應(yīng)小，重建圖像具有較高的 對(duì)比度和分辨率。目前該技術(shù)已經(jīng)成為功能成像領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。
[0003] 在磁聲成像中，磁場(chǎng)、感應(yīng)渦電流及聲壓是時(shí)間和空間的函數(shù)，根據(jù) 生物組織中電場(chǎng)磁場(chǎng)聲場(chǎng)的機(jī)電f禹合機(jī)制，聲壓分布由如下波動(dòng)方程表不：
【權(quán)利要求】
1. 一種基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 測(cè)試聲換能器接收特性聲場(chǎng)分布，建立聲換能器模型； 2) 設(shè)定磁聲實(shí)驗(yàn)的初始條件，基于聲換能器模型和電導(dǎo)率仿真模型，獲取聲換能器接 收的聲壓數(shù)據(jù)； 3) 對(duì)步驟2)中獲得的聲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行磁聲圖像重建，所述的磁聲圖像重建是采用重建 算法，具體是采用最小二乘法或最小二范數(shù)法對(duì)磁聲過(guò)程變換矩陣進(jìn)行廣義逆求解，將磁 聲圖像重建過(guò)程轉(zhuǎn)化為逆矩陣求解問(wèn)題，通過(guò)聲換能器接收的聲壓數(shù)據(jù)，重建原始聲源分 布及原始電導(dǎo)率分布圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法，其特征在 于，所述步驟1)所述的建立聲換能器模型，是對(duì)聲場(chǎng)分布的測(cè)量采用聲場(chǎng)分布檢測(cè)系統(tǒng)， 對(duì)待測(cè)聲換能器施加脈沖超聲激勵(lì)，同時(shí)采用頻響范圍250kHz?45Mz的膜式水聽(tīng)器作為 接收器，通過(guò)輸入激勵(lì)和輸出激勵(lì)得到聲換能器在膜式水聽(tīng)器位置處的一個(gè)接收特性，在 一個(gè)立方體區(qū)域內(nèi)對(duì)聲換能器掃描，得到所述聲換能器的接收特性分布，對(duì)掃描結(jié)果數(shù)據(jù) 經(jīng)過(guò)三次曲線插值平滑方法建立聲換能器接收特性分布模型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法，其特征在 于，步驟2)中所述的磁聲實(shí)驗(yàn)的初始條件包括；掃描半徑、靜磁場(chǎng)強(qiáng)度、介質(zhì)中聲傳播速度 和電流密度大小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法，其特征在 于，步驟2)中如果所述的電導(dǎo)率仿真模型還未建立，則首先要用3D phantom結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建 電導(dǎo)率仿真模型，所述電導(dǎo)率仿真模型的建立過(guò)程是：參考CT成像S-L模型的幾何結(jié)構(gòu)，所 述S-L模型是由10個(gè)大小不等，偏向角各不相同的橢球嵌套組成，S-L模型內(nèi)部分布代表 不同的CT值，針對(duì)組織電導(dǎo)率分布的特性對(duì)10個(gè)橢球的電導(dǎo)率分別賦值，建立一個(gè)用于磁 聲成像研究的電導(dǎo)率仿真模型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法，其特征在 于，步驟2)中所述的獲取聲換能器接收的聲壓數(shù)據(jù)，是根據(jù)實(shí)際聲換能器的聲場(chǎng)分布及聲 傳播方程建立基于聲換能器聲場(chǎng)分布的聲傳播方程，對(duì)基于聲換能器聲場(chǎng)分布的聲傳播方 程采用有限差分方法離散化為矩陣方程，求解矩陣方程得到聲壓數(shù)據(jù)，其中，所述的基于聲 換能器聲場(chǎng)分布的聲傳播方程是：
式中：
為在&位置的聲壓值，
為
位置的電流密度值，
為靜磁場(chǎng)強(qiáng)度，Ω 為求解空間，
計(jì)算式是聲源分布，％(F)是聲換能器接收特性分布，δ (·)表 示沖激函數(shù)，cs表示聲波在空間中的傳播速度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法，其特征 在于，所述的矩陣方程是AX = B，其中，A是磁聲過(guò)程變換矩陣，是通過(guò)步驟1)中所述的聲 換能器模型獲得，表達(dá)式為
X是聲源的矢量形式，即
B是聲壓數(shù)據(jù)，即
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法，其特征在 于，步驟3)中所述的廣義逆求解是采用如下公式：
，其中，
為位置聲源的矢量形式，α為
一常數(shù)，可令其等于1，
表示聲壓數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間t的偏導(dǎo)數(shù)，
為磁聲過(guò)程變換矩 陣A的廣義逆，表達(dá)式為：
為廣義逆矩陣X方向分 量，為廣義逆矩陣y方向分量，Ψζ為廣義逆矩陣z方向分量。
8. -種用于權(quán)利要求1所述的基于聲換能器接收特性的磁聲圖像重建方法的裝置，包 括有用于測(cè)試聲換能器接收特性聲場(chǎng)分布的聲場(chǎng)分布檢測(cè)系統(tǒng)和用于磁聲圖像重建系統(tǒng)， 其特征在于，所述的磁聲圖像重建系統(tǒng)包括有，對(duì)聲換能器提供磁聲信號(hào)的磁聲成像實(shí)驗(yàn) 裝置（1)，輸入端與設(shè)置在磁聲成像實(shí)驗(yàn)裝置（1)中的聲換能器（2)相連，用于接收聲換能 器（2)獲取的磁聲信號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡（3)，所述的數(shù)據(jù)采集卡（3)的輸出端連接對(duì)獲取的磁 聲信號(hào)進(jìn)行放大的差分放大器（4)，輸入端與所述的差分放大器（4)的輸出端相連，用于接 收并存儲(chǔ)經(jīng)差分放大器（4)放大后的磁聲信號(hào)，并根據(jù)所述放大后的磁聲信號(hào)重建磁聲圖 像的圖像重建工作站（5)，與所述的圖像重建工作站（5)的輸出端相連用于顯示重建磁聲 圖像的顯示設(shè)備（6)。
【文檔編號(hào)】A61B5/05GK104146708SQ201410323817
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】劉志朋, 馬任, 殷濤 申請(qǐng)人:中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所