基于磁声耦合效应的组织内声振动的发生与传播机制研究

磁声耦合效应成像是一种新型的对病变组织进行早期诊断的功能成像方法。该方法利用外加磁场把反映组织电特性的信息转换为声信号进行检测，对组织电特性实现成像。目前的研究进行了多种假设和简化，得到的重建图像与实际情况相差较大。本项目认为：在简化条件下，对磁场激励下生物组织内声振动源发生和传播过程的研究结果与实际情况相差较大，由此推导的电导率重建算法不准确，因而目前MAT仅实现了边界位置部分信息的成像，尚未实现组织内部电导率信息的准确重建。本项目提出研究真实条件下生物组织内声振动源发生和传播机制，只有解决了这一关键科学问题，才能明晰磁激励源特性对声振动的发生和传播的影响规律，建立激励源特征、组织电导率分布和声振动源以及传播至体表的声压信号之间的关系。才能得到真实反映组织内部电导率信息的检测与重建方法，实现目标成像体整体的电导率成像。为基于磁声耦合效应的组织电特性成像的医学诊断仪器研制奠定基础。

项目背景：.生物组织的电特性在不同的组织中表现出明显差异，在不同病理状态下电特性也不同，尤其是在生物组织发生病理性变化（如恶性肿瘤）的早期阶段，尚未产生组织密度或结构变化时，其电特性已发生改变。基于磁声耦合效应的电特性成像利用外加磁场把反映组织电特性的信息转换为声信号进行检测，再对声信号重建组织电特性实现成像。该方法的研究进行了多种假设和简化，电导率重建算法不准确，与真实条件下的组织电导率成像有较大差距。基于此，本课题提出研究真实条件下生物组织内声振动源发生和传播机制，得到真实反映组织内部电导率信息的检测与重建方法，实现目标成像体整体的电导率成像。.主要研究内容：.1）建模人体组织声学、电学特性模型，通过仿真手段研究声源发生机制，揭示磁激励下洛伦兹力声振动源的发生机制；.2）仿真研究不同激励条件下的磁声能量转化关系，探讨提高声能量转化率的激励源特征；.3）不同方法分析声信号与声源关系，揭示声振动源在生物体内的传播机制，建立由声压重建声源的算法；.4）根据仿真结果优化激励源以及同频率的超声波检测系统，解决声信号检测的电磁干扰问题，建立磁声成像研究的实验平台；.5）制备不同特性参数的仿体模型，开展仿体实验和离体动物组织实验研究，评估声压仿真、电导率图像重建算法。.重要结果、数据及其科学意义：.1).开展磁声耦合成像频域方法研究，用低频（5kHz，10kHz和15kHz）正弦连续波激励，麦克风拾音器拾取声信号，通过锁相放大后，检测声信号幅值和相位，提取频域信息对声源进行重建。.2).开展对电导率及声速不均匀介质声源传播与重建方法研究，考虑到组织体内声速分布不均匀性提出对声速补偿的算法，提高声源重建的精确性。.3）继续开展实验研究，探讨电导率变化界面成像与内部成像的声信号条件，对注入电流实验中出现的不同条件仿体声信号特征深入研究。.4）实验装置改进：利用多路选择器，抑制激励脉冲引发电磁干扰，提高检测声信号的信噪比至80dB，对应的声压检测幅值达到10-6Pa以下，提高了检测精度。.项目执行期间成果：申请发明专利18项，授权发明专利8项，发表SCI论文4篇，国际学术会议论文3篇，国内期刊论文12篇，硕士学位论文6篇，博士学位论文2篇，博士论文已开题1项。