感应式和注入电流式热声成像的基础研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FriedaCao
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感应式热声成像和注入电流式热声成像均是利用电磁场的热声效应实现的新型成像技术,具有超声成像高分辨率和电阻抗成像高对比度的特点,在疾病的早期诊断方面有着极为广阔的应用前景。  首先,开展了感应式热声成像正问题、逆问题的理论分析和数值模拟研究。在正问题的研究中,推导了二维模型电磁场控制方程及边界条件,采用标量电位法仿真分析了模型的热吸收系数分布,推导了热声波动方程,导出了格林函数积分解和解析解,仿真分析了超声换能器接收的热声信号。在逆问题的研究中,针对环形扫描热声成像,提出了基于时间反演法(或压缩感知理论)的最小二乘迭代重建电导率的算法,从正演模拟的热声信号中重建了目标体的热吸收系数分布图像和电导率分布图像;针对线性扫描热声成像,仿真分析了二维模型的热声图像。数值模拟结果为实验的设计提供了理论指导。  其次,设计搭建了感应式热声成像扫描实验平台:包括磁场激励系统、信号检测系统与扫描系统。以含氯化钠凝胶仿体为目标体进行了成像实验,成像结果与目标体电导率分布基本吻合,验证了感应式热声成像方法针对低电导率介质的可行性。  再次,提出了注入电流式热声成像方法,研究了线性扫描注入电流式热声成像的原理、建模和仿真分析,重建的热声图像可以反映模型电导率的分布,设计搭建了实验系统,通过含氯化钠凝胶仿体的成像实验,验证了系统的可靠性,成像分辨率约为2mm,通过离体猪肉组织的成像实验,验证了该技术用于生物医学成像的可行性。  最后,采用数值模拟方法分别研究了感应式热声成像和注入电流式热声成像的热声效应和磁声效应,比较了两种效应的大小,初步得出了磁声效应可以忽略的结论。
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