一种声速不均匀的磁声成像图像重建方法技术

一种声速不均匀的磁声成像图像重建方法，利用激励线圈对被测目标体施加激励电流，被测目标体在电磁激励下感应生成涡旋电流。所述涡旋电流与静磁场相互作用，在目标成像体内产生超声信号。利用超声换能器接收超声信号，并对接收到的超声信号利用声速重建算法获得被测目标体内的声速分布，然后根据声速分布结果校正磁声信号，最后基于时间反演法进行被测目标体的图像重建。

【技术实现步骤摘要】
一种声速不均匀的磁声成像图像重建方法
本专利技术涉及一种图像重建方法，特别涉及一种磁声成像的声源图像重建方法。
技术介绍
目前传统电阻抗成像技术的灵敏度和空间分辨率不高，主要因为电阻抗成像通常采用频率较低的电磁波作为激励。由于波长远远大于成像体，导致电磁场探测对比度高，但分辨率低。毋庸置疑，单一场都有其物理局限性。因此多物理场成像技术受到越来越多的关注，即将一种物理场作用于生物组织，转换为另一种物理场进行检测，由一种物理场提供分辨率，另一种物理场提供对比度，实现对比度和分辨率的同时提高。电磁场和超声相结合的多物理场成像技术正是考虑到电磁场对人体组织电导率的高对比度和超声波探测的高分辨率特性，成为人们的研究热点，磁声成像作为一种新型的多物理场成像技术在最近一年受到重视。2005年美国明尼苏达大学生物医学工程系HeBin教授提出磁感应式磁声层析扫描成像，即：在静磁场中放入生物组织，线圈产生时变脉冲磁场在组织中产生涡旋电流，并在静磁场作用下产生洛伦兹力，从而产生声波，并被组织周围的超声换能器接收。该方法是一种以交变磁场和静磁场作为为激励源，基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声速不均匀的磁声成像图像重建方法，其特征在于，所述方法包括：/n第一步 获取被测目标体的声波脉冲信号；/n第二步 根据所述声波脉冲信号计算被测目标体的声速分布；/n第三步 获取被测目标体产生的磁声信号；/n第四步 利用所述声速分布校正所述磁声信号；/n第五步利用校正的磁声信号重建被测目标体的图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种声速不均匀的磁声成像图像重建方法，其特征在于，所述方法包括：
第一步获取被测目标体的声波脉冲信号；
第二步根据所述声波脉冲信号计算被测目标体的声速分布；
第三步获取被测目标体产生的磁声信号；
第四步利用所述声速分布校正所述磁声信号；
第五步利用校正的磁声信号重建被测目标体的图像。


2.如权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，所述第一步h，采用水凝胶超声耦合介质，利用环形阵列换能器其中一个通道向成像物体发射声波脉冲，利用位于该通道镜面对称的通道接收该声波脉冲；通过变换环形阵列换能器的发射通道，变换环形阵列换能器发射的声波脉冲角度，使得环形阵列换能器发射的声波脉冲全角度扫描被测目标体；将每个通道接收的信号进行放大、滤波，并存储，通过接收的超声信号获取声波脉冲传递时间。


3.如权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，所述第二步计算被测目标体的声速分布的方法如下：
假设声波脉冲在成像目标体中沿直线传播，超声脉冲沿直线路径的传播时间定义为：
Ttravel＝Treceive-Temit(1)
公式(1)中，Ttravel为超声脉冲沿直线路径的传播时间，Treceive超声波接收时刻，Temit为超声波发射时刻；
将成像区域划分成N＝n×n个网格，测量的超声波传播时间满足下列方程：
wx1t1+wx2t2+......+wxNtN＝Tx(2)
tj表示第j个网格的声波穿越时间；Tx是第x条超声脉冲从发射通道传递到接收通道所需要的时间；wxj是权重因子，反映网格j对第x条超声脉冲直线穿越时间的贡献；j、x分别是成像区域划分的N个网格中的任意一个和相控阵通道发射超声声波中的任意一个；
扫描过程中选择M对通道用来发射或接收声波，M是用来发射或接受超声脉冲的环形阵列换能器的通道数；每个通道扫描步进角度为θ＝360/M，得到被测目标区域的声波穿越时间矩阵TAr：
TAr＝[T1T2.......TM]-1(3)
公式(2)与公式(3)结合，可得下列方程组：



利用代数迭代法求解成像区域内离散网格内的声速值，代数迭代法计算公式为：



其中f为迭代次数；λ是缩放因子；
迭代计算过程为：
(1)给出声速矩阵的初值[v]0；
(2)将检测得到的声速传递时间数据代入式(5)，得到最新的声速矩阵[v]1；
(3)利用[v]1替代[v]0，重复计算步骤(2)；
(4)若ε＝|[v]x+1-[v]x|≤ε0，则得到的[v]x+1为最终的声速计算结果；否则，重复步骤(3)；
其中，[v]是成像区域划分网格中声速数值构成的速度矩阵，[v]0是声速矩阵的初值，[v]1是第1次迭代后生成的新的声速矩阵，[v]x是第x次迭代后生成的新的声速矩阵，[v]x+1是第x+1次迭代后生成的新的声速矩阵，x是声速矩阵迭代次数，ε表示迭代x+1获得的声速矩阵与迭代x获得的声速矩阵之间的误差值，ε0是规定的迭代误差值。


4.如权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，所述第三步获取被测目标体的磁声信号的方法如下：
已知磁声成像的声压波动方程：



FL(r,t)是引起声波信号的外源力，其中r为声源位置坐标；p(r,t)为声压；cs为声源在介质中的传播声速；J(r)为被测目标体由时变磁场B1(r)感应出的涡旋电流，时变磁场由激励线圈产生；B0(r)是由永磁体产生的静磁场；f(t)是磁声成像系统的时间响应函数，t是时间项，该时间函数一般假设δ(t)狄拉克函数，但是在有限频带系统中，f(t)是脉冲磁场波形S(t)和超声换能器脉冲响应R(t)的卷积，▽为算符；
对公式(6)利用格林函数进行求解，得到在检测位置rd处的磁声信号：



V是以r为球心，半径为t×cs的球体，是指在以r为球心，半径为t×cs的球体的球面上的积分。


5.如权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，所述第四步利用求解的声速分布校正磁声信号的方法如下：
在声速分布均匀介质中，磁声信号从声源传播到接收超声换能器所用的时间T可以表示为：
T＝|rd-r|/cs(8)
当声速分布不均匀时，声速cs是一个随空间位置变化的函数。


6.如权利要求4所述的图像重建方法，其特征在于，所述第五步基于时间反演法，利用第二步求解的声速分布矩阵Vtar代替固定声速cs值，代入公式(9)，即可得到声速不均匀情况下的磁声重建图像；
声源表示为由公式(6)借助时间反演算法得出：



Ω是超声换能器检测面，cosθ是rd处面的法向量与|rd-r|向量之间的角度，p”是超声换能器收集的声压信号对时间进行二次求导获得的二阶函数。


7.一种声...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄纯德，夏慧，李冠良，刘国强，李国栋，高义斌，胡帆，王丽丽，李建萍，王桐，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：山西;14