基于声偶极振动矢量的磁感应磁声衍射层析成像技术研究

磁感应磁声层析成像技术利用脉冲磁场在生物组织中的感应涡流和静磁场相互作用形成洛伦兹力，在该力的作用下产生组织振动而激发磁声信号来实现磁声成像，该技术结合电阻抗成像高对比度和超声成像高分辨率的优点，克服了电阻抗成像中组织绝缘屏蔽降低成像质量的缺点。本项目拟引入声偶极振动矢量和声衍射传播理论，从理论和实验两方面研究脉冲磁场激励下磁声信号激发及其衍射传播的物理机制，优化磁声激发条件和磁声检测方法，建立磁感应磁声衍射层析成像的理论模型和实验系统，对生物组织进行磁声成像研究；同时研究磁声衍射和生物组织电阻抗分布的关系，利用格林函数和时间反演理论进行磁声逆问题的求解，提出基于磁感应磁声衍射传播理论的电阻抗层析成像方法，解决当前磁感应磁声成像只能实现电阻抗分布边界重建的难题。本项目的研究将为癌症或者其他病变的早期诊断提供电阻抗层析成像的新方法和新技术，在医学成像中具有广阔的应用前景。

本项目基于声偶极辐射和衍射传播理论，从理论和实验两方面研究了脉冲磁场激励下磁声信号激发和传播的物理机制，建立了声偶极辐射磁声传播模型；结合脉冲磁场和换能器的固有特性，研究了磁声声压和磁声波形，优化了磁声信号的激发和检测方法；利用双静态磁场和双脉冲磁场建立均匀磁场，设计了磁声旋转扫描检测系统，建立了磁感应磁声激发和检测以及层析成像实验系统，对不同电导率分布的生物组织模型进行磁声成像研究。本项目研究了磁声声压和生物组织电阻抗分布的关系，理论和实验证明磁声声压具有突变的边界声压和衰减的连续声压，包含了振源的强度、位置、和振动方向等信息；利用格林函数和时间反演理论进行磁声逆问题的求解，提出了基于声偶极辐射和衍射传播的电阻抗层析成像重建算法，获得了组织电导率分布的层析图像，解决了当前磁感应磁声成像只能实现组织边界重建的难题。本项目还研究了组织工程支架材料的固态发泡技术，通过加工参数控制有效调节泡孔孔径和泡孔密度以适应不同组织器官对组织支架材料的需求；用热重分析法对组织支架材料进行活化能和热稳定性的研究，分析支架材料泡孔孔径和热稳定性的关系，实现不同温度下材料降解时间的预测；并将超声技术和组织工程相结合，提出了基于微气泡空化的组织工程支架材料通透性增强新技术和超声插入取代通透性定征新技术。本项目的研究为癌症或者其他病变的早期诊断和治疗提供电阻抗层析成像的新方法和新技术，在医学成像和HIFU治疗的温度监测中具有广阔的应用前景。本项目已发表SCI论文8篇，申请发明专利3项，培养硕士研究生8名。