【摘 要】
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在癌变的早期,生物组织器官血流的改变往往早于结构变化,血流的改变会导致组织器官的电导率发生变化,因此可以通过检测组织器官的电导率变化来及时发现组织器官的生理、病理改变,为癌症早期诊断提供重要依据。磁声电成像是以电导率为检测指标的医学混合成像方式,在成像的过程中它使用了超声波激励和电阻抗电极检测,所以磁声电成像结合了超声成像的高分辨率特性和电阻抗成像的高对比度特性。但是在现有的磁声电成像中,存在几个
【基金项目】
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国家自然科学基金重大科研仪器研制项目:基于声辐射力-洛伦兹力的超声-磁电双模成像方法与仪器研制(61427806);
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在癌变的早期,生物组织器官血流的改变往往早于结构变化,血流的改变会导致组织器官的电导率发生变化,因此可以通过检测组织器官的电导率变化来及时发现组织器官的生理、病理改变,为癌症早期诊断提供重要依据。磁声电成像是以电导率为检测指标的医学混合成像方式,在成像的过程中它使用了超声波激励和电阻抗电极检测,所以磁声电成像结合了超声成像的高分辨率特性和电阻抗成像的高对比度特性。但是在现有的磁声电成像中,存在几个问题:(1)难以重建不规则目标体的完整边界信息。(2)由于存在机械横向移动探头等原因导致成像时间长。为了解决上述问题,本论文提出了扇形扫描方式以及基于平面波的旋转扫描方式和滤波逆投影算法来重建电参数图像。首先在理论方面,本论文不仅推导了经典的磁声电成像模型,也介绍了流体中声波的传播问题以及Radon变换的一些理论基础,还结合本论文的创新点推导了旋转磁声电成像理论和滤波逆投影算法,针对扇形扫描方式,也推导了与之相关的数字坐标转换算法等。在仿真方面,首先使用仿真软件COMSOL,设计仿真64阵元相控阵超声探头,接着使用相控阵探头以及扇形扫描方式进行了多组数值仿真,得到了与使用单阵元探头和线性扫描方式一致的仿真结果,然后开始进行旋转磁声电成像仿真,在这个仿真实验中,分别采用了聚焦波和平面波两种激励方式,并对目标体进行了360°扫描,仿真实验结果表明旋转扫描方式可以重建不规则目标体的完整轮廓。在实验方面,首先搭建了一套基于Verasonics超声系统的磁声电实验平台,并且验证了该实验平台的有效性和可行性。紧接着基于以上实验平台,设计了针对扇形扫描方式的两组仿体实验,实验结果与仿真结果保持一致,最终得到了两幅与使用单阵元探头和线性扫描方式一致的电导率参数重建图像。随后开始进行旋转扫描磁声电成像实验,实验中采用平面波激励以及中间挖椭圆孔的圆柱形仿体,对仿体进行了360°扫描,实验结果与仿真结果类似,完整地重建了不规则仿体的轮廓。最后本论文对现阶段完成的工作进行了总结,并对目前所有的实验平台、实验成果进行了展望,并提出了一些进一步优化提升实验方案及平台的建议。
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