基于声速编码的时间递进式磁声电成像新方法研究

基于磁声逆效应的电阻抗成像方法（MAET），结合了超声分辨率高的优点，在提高电阻抗成像的空间分辨率等方面具有显著的优势，但目前的研究还停留在简单物理模型的初步研究阶段，与临床应用的差距很大。本项目提出一种基于声波速度编码的时间递进式磁声电成像新方法（MAET-SVE），采用静磁场、超声聚焦和声功率密度调整耦合激励方式，融合声速编码的空间精确定位信息，实现复杂空间区域的高分辨率电导率图像重建。本项目考察声功率密度等激励参数对测量感应电动势信号的信噪比和电导率图像分辨率的影响规律，探索生物安全电流条件下最佳声场激励参数和接收线圈位置。基于互易定理，开发与之相适应的等效激励源区连续递进式算法和量子区域递进式算法的重建新方法，使该技术向实际应用推进一步，形成具有中国自主知识产权的新型高分辨率电阻抗成像方法。

本项目提出的基于声波速度编码的时间递进式磁声电成像新方法（MAET-SVE）是一种新型的具有良好应用前景的医学成像方法，其成像特点兼具高分辨力与高对比度。它的成像原理是对置于静磁场中的导电成像体施加超声激励，测量成像体的体表电压或成像体外的感应电动势，可导出声场与静磁场共同作用区域的电流密度分布和被测信号的对应关系，据此重建出电导率分布。该项目采用静磁场、超声聚焦和声功率密度调整耦合激励方式，融合声速编码的空间精确定位信息，实现复杂空间区域的高分辨率电导率图像重建。在理论研究和数值仿真分析方面，详细推导了基于互易定理的电磁场正问题求解方程、离子振动速度的声场求解方程，研究了电磁场逆问题，给出了电流密度和电导率分布的重建算法。数值仿真分析结果验证了磁声电成像正问题理论和逆问题理论的正确性以及重建算法的可行性，进而，对超声探头参数和电极放置进行了仿真研究，为磁声电成像系统搭建提供理论依据。在硬件平台及实验研究方面，搭建了低噪声的磁声电成像实验平台，并在该实验平台上展开实验研究，成功检测到0.01微伏量级的磁声电表面电压信号。在磁声电机理和实验研究工作的基础上，实现二维模型电流密度和电导率分布的图像重建，同时对成像的影响因素进行分析和论证，该课题的研究使该技术向实际应用推进一步，形成具有中国自主知识产权的新型高分辨率电阻抗成像方法。