基于电场衰减补偿的声电成像图像重建方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电场衰减补偿的声电成像图像重建方法，包括下列步骤：(1)确定电极位置和电学激励、测量模式；(2)设置聚焦超声换能器，划分聚焦区域，确定聚焦超声波对各个聚焦域的扫描顺序；(3)在无超声聚焦情况下，对参考场进行电学激励和测量，获得初始边界测量电压；(4)在超声聚焦情况下，对各个聚焦域分别进行聚焦超声波扫描；对此时的参考场进行电学激励、测量，获得聚焦超声波扰动该聚焦域时参考场的边界测量电压向量；(5)获得参考场条件下，超声扰动各个聚焦域时得到的参考场声电信号；(6)获得待测场场下基于超声扰动的边界测量值变化标准值；(7)对被测场的电导率分布进行重建。建。建。

【技术实现步骤摘要】
基于电场衰减补偿的声电成像图像重建方法


[0001]本专利技术属于成像
，涉及多物理场混合成像技术，具体是一种基于电场衰减补偿的声电成像图像重建方法。

技术介绍

[0002]电阻抗特性是生物体固有的电学特性，包含了丰富的病理、生理活动等信息。生物体电阻抗信息的检测对疾病的诊断、健康状况的评估具有重要的意义，随着现代对疾病演化机理研究的深入，医学上对生物组织实时特性信息检测的需求也越来越迫切。电阻抗层析成像技术(Electrical Impedance Tomography，EIT)是一种新型测量技术，通过电学手段，获得敏感场内电特性分布，进而重建物场分布。该技术采用无辐射、非侵入的方式，使得成像系统响应快、结构简单、移植性能好而且成本低廉，因此在医学和工业等领域的测量有广泛的应用。
[0003]但是在EIT逆问题求解过程中存在的问题包括：非线性，测量场内的电势是电阻抗分布的函数且两者为非线性关系；欠定性，得到的测量场边界电势值的信息量不足导致解往往不唯一；病态性，边界测量值的微小变化会导致求解结果出现较大的变化，使得求解过程不稳定。因此，通过研究新的方法增加有效信息是提高EIT空间分辨率和精度的有效途径。
[0004]声电效应(Acousto
‑
Electric Interaction)是指聚焦的超声波在介质传播中引起压力变化，使局部区域引起由超声波的频率决定的周期性机械压缩和松弛，导致局部区域产生微小的弹性形变，从而使局部电导率发生相应变化。
[0005]超声调制电阻抗层析成像(Ultrasound Modulated Electrical Impedance Tomography,UMEIT)，又称，声电成像(Acousto
‑
Electrical Tomography,AET)是一种新的多物理场耦合的成像方法，是在传统电阻抗层析成像基础上发展而来。利用声电成像方法不仅能够获得传统EIT边界测量信息，同时也能够获得携带组织电导率和位置信息的声电信号，为图像的重建提供了大量的有效信息，进而从根本上提高了EIT重建图像的空间分辨率。
[0006]2004年H Zhang和L V Wang(Acousto
‑
electric tomography,H Zhang and L V Wang,《Proceedings of SPIE》,2004,5320:145
‑
149)首次提出利用超声调制EIT方法对生物组织的电阻抗特性实现成像。该方法主要基于声电效应原理，使聚焦区域局部电导率发生变化，利用聚焦超声波携带的位置信息和声电信号的强弱直接对物体进行重建。其将高对比度的EIT和高分辨率的超声成像方法相结合，为声电成像的发展奠定了基础。2013年中国专利(CN 103156604A)也公开超声协同的生物组织电阻抗成像方法。
[0007]2008年H Ammari等人(Electrical impedance tomography by elastic deformation,H Ammari,E Bonnetier,Y Capdeboscq,M Tanter and M Fink,SIAM Journal on Applied Mathematics,2008,68:1557
‑
1573)首次提出利用能量密度信息作为中间量进行图像重建，但是由于该方法使用连续线电极进行仿真验证，而实际中使用的是
离散电极，所以该方法在实际使用过程中存在局限性。
[0008]现有基于声电效应的成像方法研究中没有基于建立标准值的声电成像方法的研究。已有的基于直接测量声电信号的方法中，由于声电效应引起的声电信号很小，实际中很难测得，在实际使用过程中存在局限性。目前针对声电成像图像重建方法的研究，集中于利用功率密度或测量电压重建被测物场的电导率分布。在基于功率密度的方法中，数学模型大部分都是基于连续电极模型，即不考虑电极之间的间隙部分，而实际中通常只知道电极处的电压或电流，非电极处的电压或电流未知。

技术实现思路

[0009]本专利技术设计了一种基于电场衰减补偿的声电成像图像重建方法，利用参考场的声电信号减小电场衰减特性对被测物场声电信号的影响，使用参考场和被测物场的声电信号与电导率之间的关系直接进行图像重建，不涉及EIT逆问题求解过程，从避免了EIT图像重建过程中逆问题求解的不适定性，提高重建图像的空间分辨率。技术方案如下：
[0010]一种基于电场衰减补偿的声电成像图像重建方法，包括下列步骤：
[0011](1)确定电极位置和电学激励、测量模式
[0012]在被测场边界上布置电极传感器，通过在电极上施加电流激励，能够实现对被测场的电学激励，测量得到被测场的边界电压信号；被测场在不同的情形下有不同的称谓，被测场内没有被测物，其电导率分布均匀且已知，称其为参考场；被测场内放置有被测物，电导率分布未知，需要求得其电导率分布，称其为待测场；
[0013](2)设置聚焦超声换能器，划分聚焦区域，确定聚焦超声波对各个聚焦域的扫描顺序；
[0014](3)在无超声聚焦情况下，对参考场进行电学激励和测量，获得初始边界测量电压φ；
[0015](4)在超声聚焦情况下，对各个聚焦域分别进行聚焦超声波扫描；聚焦超声波扰动参考场第ω个聚焦域时，对此时的参考场进行电学激励、测量，获得聚焦超声波扰动该聚焦域时参考场的边界测量电压向量φ
ω
；
[0016](5)利用步骤(3)和步骤(4)分别测量得到的参考场初始边界电压信号φ和对各个聚焦域分别进行聚焦超声波扫描所获得的各个边界测量电压信号向量φ
ω
，ω＝1，
…
,N，通过如下公式得到参考场条件下，超声扰动第ω个聚焦域时得到的参考场声电信号，记为Φ
eω
，
[0017]Φ
eω
＝φ
ω
‑
φ
[0018](6)将步骤(4)和步骤(5)中的对象参考场替换成待测场后进行重复测量，使得聚焦超声波顺序扫描各个聚焦域，测量得到的待测场初始边界电压信号和边界测量电压信号向量ω＝1，
…
,N，获得待测场场下基于超声扰动的边界测量值变化标准值，记为Φ
xω
，
[0019][0020](7)被测场的灵敏度矩阵与参考场的灵敏度矩阵相似，在相同的聚焦超声激励下，被测场与参考场之间声电信号的比值近似等于二者之间的电导率比值；根据被测场的电导率与参考场和被测场间声电信号的比值成正比的关系，被测场中发生声电效应时的电导
率：
[0021][0022]Z是参考场电导率决定的常数；
[0023](8)对被测场的电导率分布进行重建。
[0024]进一步地，步骤(2)中，将被测场按照聚焦域尺寸剖分为N个单元，假定每个单元的电导率是均匀的；当第ω个单元受到聚焦超声波扰动时，设声压分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电场衰减补偿的声电成像图像重建方法，包括下列步骤：(1)确定电极位置和电学激励、测量模式在被测场边界上布置电极传感器，通过在电极上施加电流激励，能够实现对被测场的电学激励，测量得到被测场的边界电压信号；被测场在不同的情形下有不同的称谓，被测场内没有被测物，其电导率分布均匀且已知，称其为参考场；被测场内放置有被测物，电导率分布未知，需要求得其电导率分布，称其为待测场；(2)设置聚焦超声换能器，划分聚焦区域，确定聚焦超声波对各个聚焦域的扫描顺序；(3)在无超声聚焦情况下，对参考场进行电学激励和测量，获得初始边界测量电压φ；(4)在超声聚焦情况下，对各个聚焦域分别进行聚焦超声波扫描；聚焦超声波扰动参考场第ω个聚焦域时，对此时的参考场进行电学激励、测量，获得聚焦超声波扰动该聚焦域时参考场的边界测量电压向量φ
ω
；(5)利用步骤(3)和步骤(4)分别测量得到的参考场初始边界电压信号φ和对各个聚焦域分别进行聚焦超声波扫描所获得的各个边界测量电压信号向量φ
ω
，ω＝1，
…
,N，通过如下公式得到参考场条件下，超声扰动第ω个聚焦域时得到的参考场声电信号，记为Φ

【专利技术属性】
技术研发人员：许燕斌，殷鹏宇，张胜男，董峰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：