基于频域的磁声耦合成像方法研究

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1、万方数据同等学力申请博士学位博士学位论文学校代码：10023学号：ZB2011019基于频域的磁声耦合成像方法研究MethodStudyonMagneto—acousticImaginginFrequencyDomain所院：姓名：指导教师：导师小组：学科专业：研究方向：完成日期：生物医学工程研究所张顺起刘志朋研究员殷涛研究员生物医学工程医学物理与医学测量20】4．04独创性声明l㈣㈣万方数据本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

2、也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者虢刻z杉签字吼ZoⅣ年霸7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解j壁塞迹塑医堂瞳．有关保存、使用学位论文的管理办法。有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权j匕立蛰塑医堂睦可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：导师签名：签字日

3、期：洲年锄17日签字日期：学位论文作者毕业后去向：工作单位：吧狗舀茗嘶：斫初刁通讯地址：墨冲奉研巳锹二话；电话：oil善夕矽／夕PL邮编：歹幻／罗、一诗目．删月会三泖年万方数据摘要磁声耦合成像是一种新型无创生物组织电特性功能成像技术，具有超声成像高空间分辨率和电阻抗成像高对比度的优势，在肿瘤早期诊断方面具有重要的应用价值。微弱声信号的检测和处理是磁声成像重要的研究内容，对图像对比度和成像精度起关键作用。目前磁声耦合成像通常采用时域的信号检测处理方法，采用kV级高压杠s窄脉冲进行激励以达到l'／lm分辨率，其激励源设计实现难度较大，同时存在一定

4、安全性问题，且时域方法检测易受到高频空间电磁场耦合干扰，限制了成像质量。针对目前时域磁声耦合成像方法存在的问题，本文提出频域的磁声成像方法，采用kHz连续正弦信号激励，其产生的声信号在kHz频段，衰减远小于M．Hz频段，简化了实验成像装置。另外，频域信号的检测采用锁相放大技术，对微弱声信号频域信息的检测放大，提高了信号检测精度，实现不同频率的信号幅值相位信息的测量，通过基于频域检测的图像重建算法，实现组织声源电导率分布图像的重建。本文依据波动方程建立了频域磁声耦合正问题的数学模型；基于正弦波激励，采用复平面矢量叠加求和方法，对频域磁声耦合正问

5、题即磁声信号幅值相位进行求解；并通过数值求解和解析解，对简单电导率边界仿体边界声源进行了仿真研究，基于复平面声源矢量叠加方法分析了不同模型下的频域幅值和相位特性。搭建频域磁声成像实验系统，设计基于虚拟仪器平台的扫描检测系统的驱动控制程序，实现了成像实验系统的同步驱动控制采集和数据预处理，进行了频域方法的电导率边界模型的实验研究，验证频域磁声耦合数学模型和仿真研究结果。最后建立了频域磁声成像逆问题模型，利用优化算法对求解电导率分布的频域磁声耦合逆问题进行了仿真和实验研究。仿真研究表明，不同仿体的频域幅值随着声源空间位置、介质声源幅值的变化而变化

6、，变化规律满足频域磁声耦合模型。同时对于相同介质模型在不同频率下，其对应的幅值和相位不同，且多层介质模型声源满足单层声源矢量的叠加求和规则。频域信号包含了电导率边界分布信息，通过锁相放大方法对频域磁声信号检测，可获取该电导率信息，同时降低了激励源的要求。实验结果表明，频域相位随距离变化规律满足频域磁声耦合理论与仿真结果，对于金属电导率边界模型，输出激励幅值达到lV以下时即可检测到磁声耦合声信号。磁声信号的检测精度得到提高，检测精度可达到10-7Pa，同时空间分辨率可达到mm量级。总之，本研究提出的频域磁声耦合成像方法，提高了微弱磁声信号检测精

7、度，对实现磁声耦合介质内部电导率的检测和成像的研究具有重要意义。同时有利于降万方数据低磁声耦合激励源设计实现难度，简化磁声成像系统系统设计难度，对于磁声成像的实际应用提供了重要基础。关键词：磁声耦合成像；频域；锁相放大；幅值：相位2万方数据ABSTRACTMagneto-acoustictomography(MAT)isanewlyproposedfunctionalimagingapproachtononinvasiveelectricalconductivityimagingofbiologicaltissue．Itcombinesthe

8、advantagesofthehighresolutionofultrasonicimagingandthehighconductivitycontrastofel