结合超高速超声成像和磁声成像的超声-电导率成像新方法研究

Magneto-acoustic tomography (MAT) is a multimodal and functional imaging method. It uses magnetic stimulation and ultrasound detection and has the advantages of both modalities. It can obtain the dielectric properties of biological tissues which may provide information for the early diagnosis of diseases. Therefore, this imaging method has important clinical value. However, current MAT method receives ultrasound signals with scanning mode which may induce shortcomings such as limited imaging depth, long imaging time and no anatomy information. Based on the experiences of previous work, this project proposes a new MAT method which combines ultrafast ultrasound imaging (UUI) and MAT by using UUI for active detection. The new method can improve the shortcomings of the current method and provide a hybrid imaging of both anatomy and function by combining B-mode ultrasound and conductivity imaging. Furthermore, the new method uses coded excitation to improve the signal-to-noise ration. This project will develop the new method from several aspects including modeling and simulation, image reconstruction algorithm, performance test. The feasibility of the method in early detection of cancer is explored by in vivo animal model experiment. The results of the project may establish a real-time and in vivo imaging method for human tissue conductivity. The application of the method is hope to bring breakthrough in the early diagnosis of critical diseases such as cancer and provide a novel and robust tool for research and clinics.

磁声成像是一种多模态、功能性成像方法。它采用电磁激励和超声检测，具备了这两种成像模式的优点，能获取组织的电学特性，为疾病的早期诊断提供信息，具有重要临床价值。但现有磁声成像方法采用超声扫描接收的方式，存在成像深度受限，成像时间长，没有结构成像等不足。本项目在前期工作的基础上，创新性地将超高速超声成像和磁声成像结合起来，以超声主动检测方式替代被动接收方式，提出一种磁声成像的新方法。这种方法可以弥补现有方法的不足，实现B型超声和电导率融合的结构和功能混合成像。同时该方法采用了编码激励方式，可以有效提高检测信噪比。本项目拟从建模仿真、图像重建算法、成像方法测试等方面对新方法进行研究，并通过肿瘤动物模型活体成像实验探索该方法在肿瘤早期检测中的应用。本项目研究有望建立一种人体组织电导率实时在体测量的新方法，在肿瘤等重大疾病的早期诊断中有突破性应用，为科研及临床应用提供一种全新而可靠的工具。

超声-电磁多模态成像是一种功能性成像方法，它具备了超声和电磁这两种成像模式的优点，能获取组织的电学特性，为疾病的早期诊断提供信息，具有重要临床价值。.本项目从建模仿真、图像重建算法、成像方法测试等方面对超声-电磁多模态成像新方法进行研究，主要工作包括：（1）创新性地提出一种基于旋转扫描方式的磁声电成像新理论和方法。这种方法可以弥补现有方法的不足，实现高分辨率、高对比度的电导率成像，成果发表在Physics in Medicine and Biology和IEEE TBME。（2）提出一种超声弹性和磁声电融合的成像方法，可以同步测量组织的力学特性和电学特性，实现双模态功能成像，研究成果发表在IEEE TBME。（3）开展三维磁声电成像研究，以机械扫描的方式实现了三维磁声电成像，首次在实验中获得了仿体的三维电导率形状。（4）将超声编码激励技术和磁声电成像结合起来，有效提高成像信噪比，并通过仿体和离体组织实验进行验证，成果发表在Biomedical Signal Processing and Control。（5）提出一种医学图像处理新方法，成果发表在IEEE JBHI。（6）通过肿瘤动物模型活体成像实验探索超声-电磁多模态成像在肿瘤早期检测中的应用，进行了初步的小鼠在体实验。.本项目的研究工作建立了一种超声-电磁多模态成像新方法，对功能性医学成像发展具有重要意义。项目取得的重要成果如下：（1）项目组发表有基金号标注的论文20篇（含2篇接收），其中SCI论文14篇，包括生物医学工程领域权威杂志IEEE TBME 3篇，IEEE JBHI 1篇；（2）授权发明专利4项；（3）制定国家医药行业标准1项；（4）项目负责人分别获得深圳市标准奖1项（排名第二），广东省科技进步二等奖1项（排名第六）。