生物组织电学与超声成像测试机理研究

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1、资助项目：国家自然科学基金面上项目（编号：61571321）国家自然科学基金青年项目（编号：61401304）生物组织电学与超声成像测试机理研究TestingMechanismofElectricalandUltrasonicImaginginBiologicalTissue学科专业：控制科学与工程作者姓名：王钦惠指导教师：董峰天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月独含J性声明本人声明所呈交的学位稔文是本人在早用指早下逆行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特男J加以林注和致昴之姓外,稔文中不包含其他人己径友表或

2、撰巧述的研究成果,也不包含力荻得天津大学或其他教育机杓的学位或II弔而使用通的材料。埼我一同工作的同志対本研究所倣的任何貢献均己在稔文中作了明碗的悦明井表示了洲意。学位稔文作者釜名:■眠な釜字日期:ptlttЦ月冽日学位沿文版杖使用授杖事本学位稔文作者完全了解天津大学有美保留、使用学位稔文的規定。特授枚夭津大学可以杵学位稔文的全部或部分内容編入有美数据庫逃行栓索,井采用影印、縮印或13描等隻制手段保存、ツE編以供査同和借同。同意学校向国家有美部1可或机杓送交稔文的夏印件和磁盤。(保密的学位稔文在解密后道用本授枚悦明)釜字日

3、期:レtl年ヽヽ月ゴ日釜字日期:′1フ年′′月f日中文摘要生物组织是构成生物体的重要部分，其主要化学成分包括脂肪、蛋白质、水等。由于生物组织结构、成分的不同，其电学、声学等特性参数存在较大的差异。如能准确、快速的获得生物体组织内部的结构信息并实现可视化重建，可充分了解生物体内部组织间相互作用、发展和转化的机理，实现对病变组织准确的检测及诊断。电学与超声成像作为可视化测量技术，具有非侵入、无辐射、对人体无伤害等优点，在医学领域具有广泛的应用前景。人体腹部是由多种介质构成的复杂对象。为了实现电学和超声成像测试所获得不同特性信息

4、的综合利用，高图像重建的准确性，以人体腹部为测试对象，针对确定的组织介质特性和结构特点，对电阻抗和超声成像的测试机理进行研究讨论。课题研究的主要工作包括：（1）在对电学和超声成像技术国内外相关研究工作和进展进行总结和分析的基础上，针对生物医学成像测试的需求，提出以实现电学与超声双模态成像为目标的电阻抗和超声成像测试机理问题的研究工作。（2）利用生物医学工程已有研究成果，建立以人体腹部为对象的生物组织结构模型，并先后分别采用电学和超声激励建立测量敏感场，进行模态数值仿真分析，获得生物组织中电场分布特点和超声传播规律。（3）在

5、电学与超声敏感场建立的基础上，开展电阻抗与超声传感器分布配置优化研究。采用互易定理求取电学敏感场分布，采用干扰法求取超声敏感场分布。通过对两种模态敏感场互补性的分析，得出将单模测试方法发展为空间多观测视角的双模测试，可实现被测物场信息的全面获取。（4）基于人体腹部组织结构模型，以组织介质特性和结构特征为先验信息，采用数值仿真数据，对腹部各组织的病变进行电阻抗和超声成像。成像结果表明：电学成像对肝脏部位和人体边界区域病变较敏感，超声成像对肾脏部位和人体中心区域病变敏感。关键词：生物成像；电阻抗成像；超声成像；生物组织；介质特

6、性；敏感场IABSTRACTBiologicaltissueisacomplexobjectcomposedoffat,protein,waterandsoon.Differentbiologicalorganizationownsdifferentelectrical,acousticandothers.Ifthestructureinformationoftheorganismtissuecanbeobtainedaccuratelyandquickly,themechanismoftheinteraction,dev

7、elopmentandtransformationoftheinternaltissuescanbefullyunderstood.Finallythelesionscanbedetectedanddiagnosedaccurately.Astwovisualmeasurementtechniques,electricalandultrasoundimaginghavenonuclideorradiationtothehumanbody,andhaveawiderangeofapplicationprospectsinth

8、efieldofmedicine.Thehumanabdomenisacomplexobjectmadeupofavarietyofmedia.Inordertorealizetheintegrationofdifferentinformationobtainedfromelectricalandult