电学/超声双模态层析成像融合机理与方法

The project aims at the information fusion based visualization detection mechanism and image reconstruction methods of electrical and ultrasonic dual modality tomography, for a better detection on the biological tissues (such as human abdomen) that consist organs of distinctive physical properties and structural features. By utilizing the existing research results of biomedical engineering, the applicant will establish the biological tissue structure model, investigate the electrical and ultrasonic field sensitive mechanism and response characteristics in the non-uniform distribution of biological tissue structure based on the electrical and ultrasonic sensitive field numerical simulation combined with physical experiments, and finally solve the problem of dual modal test mechanism. Design and optimize the electrical and ultrasonic dual modality sensor array to obtain the multi-dimensional dual modality distribution information of the measured object field, improve the testing methods from the single-modality to the dual-modality of multiple observations in space, and solve the problem of lacking critical information in non-destructive biomedical detections. The obtained multi-dimensional observation data is processed, analyzed and synthesized with information fusion technology to develop the dual-modality image reconstruction algorithms based on the biological tissue characteristics information and structure model, and solve the problem of reconstruction accuracy in measured object field. This research will provide a comprehensive, accurate and safe detection system and method for biological field distribution visualization that will aid the research of complex distribution of a multi-medium field.

针对双模态层析成像的融合测试机理与重建方法问题，拟开展：以具有多种不同介质分布物理特性和结构特点的生物组织（如人体腹腔）为测试对象，基于电学和超声敏感原理的双模态层析成像可视化测试机理与图像重建方法研究。利用生物医学工程已有研究成果，建立生物组织结构模型，将电学与超声敏感场数值仿真与物理模型实验验证相结合，研究非均匀分布生物组织结构中电学与超声场敏感机理与响应特性，解决双模态测试机理问题；设计并优化电学与超声双模态分布式阵列传感器，获取被测物场双模态多维分布信息，将单模测试方法发展为空间多观测视角的双模测试，解决信息获取全面性问题；采用信息融合技术对多维观测数据进行处理、分析与综合，建立以生物组织特性信息和结构模型为基础的多模态图像重建算法，解决被测物场可视化重建精度问题；实现全面、准确、安全地获取生物场分布信息，为多介质复杂分布场的研究提供方法和手段。

本项目以具有多种不同介质分布物理特性和结构特点的生物组织分布场为测试对象，开展基于电学和超声敏感原理的双模态成像测试机理与图像重建方法研究。.研究中，以生物医学工程的人体组织结构与特性开放数据库高精度扫描图像为基础，建立生物组织分布场结构模型，并构建电学与超声敏感模态测试场与生物组织分布结构场耦合的数值仿真模型，通过对非均匀分布生物组织结构场中电学与超声场敏感机理与响应特性的分析，针对生物组织分布场中的测试目标组织，不同的组织特性对电学与超声测试模态产生不同的调制作用，两种模态所获得的测试数据包含的组织特性信息具有一定的互补性。.通过优化设计电学、超声模态及电学与超声双模态分布式阵列传感器及测试系统，获取被测物场的多维分布信息，将单模测试方法发展为空间多观测视角的双模测试，并开展生物组织分布场仿体模型的实验测试，将电学、超声敏感场数值仿真与物理模型实验验证相结合，解决了信息获取的全面性问题。.通过采用信息融合技术对多维观测数据进行处理，建立以生物组织特性信息和结构模型为基础的电学、超声模态及电学与超声双模态被测场分布特征信息提取方法及图像重建算法，提出了将超声测试模式获得的组织界面的位置信息作为先验信息，对电学测试模态的图像重建过程进行约束和限定的双模态融合策略；并建立相应的电学与超声双模态图像及特征融合的重建方法，重建的结果从目标组织的位置、大小及重建图像的可视化效果等方面与电学、超声单模态重建的结果相比较均有明显的提高。.相关的研究工作为以生物组织分布场为代表的多介质复杂分布场的信息获取及状态诊断提供方法和手段。