基于生物组织电磁和声特性的感应式磁声成像研究

感应式磁声成像(MAT-MI)是近期提出的一种新型生物电阻抗方法，是当前医学电磁成像的研究热点。目前，MAT-MI技术处于方法验证阶段，其成像物理机制、阻抗图像重建等关键性问题仍有待突破。本项目将围绕MAT-MI开展三个方面的研究：推导考虑生物组织多孔介质特性和声弹性的MAT-MI声波方程，进一步探讨生物电磁特性与MAT-MI声源的关系；构建乳腺、脂肪、纤维和肿瘤模型以及线圈、永磁体模型，应用有限元方法求解MAT-MI声场；对时间反演重建算法进行降维、误差分析和正则化处理，增强该算法的实用性，提高算法的重建精度；从理论和仿真两个方面比较和分析时间反演和精确解算法的重建精度与适用范围，针对性地提出时间反演算法的改进方法。本项目的研究将有助于理解MAT-MI成像机理并为临床诊断应用提供参考；所提出的理论与方法将为生物电磁成像研究提供新的思路和借鉴。

本项目完成下述研究任务： 生物组织多孔介质的MAT-MI声波方程。电磁-结构耦合的MAT-MI仿真研究。基于连续声源的声辐射及时间反演法重建的仿真研究。构建生物组织电导率各向异性模型，应用数值方法计算MAT-MI声源，边界声源密度和均匀介质声源密度的比较，以及电导率各向异性和各向同性声源的分布和强度的比较，相关成果已在一篇SCI论文中发表；搭建MAT-MI实验平台，包括脉冲发生线路、电磁线圈、信号采集模块，购置超声换能器，初步进行MAT-MI实验。基于Tikhonov滤波正则化方法提出的适用于传感器平面阵列的超声重建算法，该算法能够实现简单声源的精确定位和重建。.本项目未能完成电磁-声弹性耦合的MAT-MI超声产生机制的研究、基于乳腺肿瘤模型的有限元分析和基于多次扫描的重建算法研究。本项目的研究方向做出调整，源于一篇论文的国际审稿人指出，当前MAT-MI研究的方向应该在实验平台的搭建，因此，本项目调整至实验平台的设计和开发，基于传感器阵列的实用重建算法，已经获得初步成果。.另外，本项目的成果之一是MAT-MI的边界声源密度和均匀介质声源密度的比较，但是有评审人指出边界声源密度和均匀介质声源密度的量纲不同，二者无法直接比较。因而，通过立项的研究方法无法解决边界声源和均匀介质声源比较的问题。因此，需要通过MAT-MI的实测数据来做进一步分析和验证，这也是本项目做出研究方向调整的另一主要因素。.根据上述原因，本项目中未能完成的研究任务调整为磁声信号激发和超声信号采集的实验平台搭建，以及适用于传感器阵列的重建算法的开发。