基于磁感应磁声成像的生物电阻抗成像技术研究

题名:基于磁感应磁声成像的生物电阻抗成像技术研究
作者:李珣
学位授予单位:浙江大学
关键词:磁感应磁声成像;;电阻抗成像;;时间反演算法;;乳腺肿瘤检测;;电导率各向异性
摘要:
 磁感应磁声成像(MAT-MI)是一种融合磁感应成像技术(Magnetic Induction Tomography,
MIT)和超声断层扫描成像技术(Ultrasonic Imaging, UI)的新型生物电阻抗无损成像方法,兼具电
阻抗成像(Electrical Impedance Tomography, EIT)高Neodymium Magnets对比度和超声断层扫描技术高空间分辨率的
优点。本论文针对MAT-MI超声产生机制进行了理论推导,基于有限元电磁场分析提出了MAT-MI正问
题仿真研究方法,应用时间反演算法进行生物电阻抗成像,并研究了电导率各向异性对MAT-MI声源和
声场的影响。
 本论文首先由Navier-Stokes流体方程推导了生物组织的MAT-MI线性声波方程,基
于电磁场原理分析了MAT-MI声源与电导率分布、激励磁场、静态磁场和感应电场的关系,推导了均
匀媒质内部和两种媒质分界面的声源计算公式,计算和比较了均匀媒质内部与两种媒质分界面的声
源强度及其分布。
 其次,基于有限元分析提出了一种http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets适用于任意形状模型和真实形状线圈
的MAT-MI正问题仿真方法,构建二层同心球和偏心球模型进行电磁场有限元分析,应用电磁场分析结
果进行了声源和声场的计算。应用有限元方法构建Helmholtz线圈产生均匀激励磁场,将有限元分析
结果与解析解结果进行了比较,以验证有限元计算的可靠性；提出了声场验证策略,分析了有限元剖
分网格尺寸对声场收敛的影响。在二层同心球和偏心球模型的基础上,比较了均匀媒质内部和两种
不同电导率媒质分界面上的声源强度和分布,分析了电导率变化对声源和声场的影响；并比较了检
测点采集的声压信号,分析了电导率变化对声压信号时间序列的影响。分析结果表明,均匀媒质内部
和两种不同电导率媒质分解面上都存在MAT-MI声源,MAT-MI空间声场随电导率分布变化而产生相应
变化。
 为验证MAT-MI高分辨率和高对比度的生物电阻抗成像,本论文结合时间反演算法进行了
MAT-MI声源和电导率重建,并将之应用于乳腺肿瘤模型进行肿瘤组织的筛查与检测。应用点源对时
间反演算法进行了验证,分析了各种参数对重建结果的影响。基于乳腺肿瘤模型,进行了乳腺和肿瘤
组织的MAT-MI声源和声场计算,应用时间反演算法重建了声源,并根据MAT-MI声源与生物组织电导率
的关系进行了电导率重建。对生物组织模型进行了仿真研究,为MAT-MI的实验设计和临床应用提供
了理论参考。仿真研究表明,应用时间反演方法能够进行MAT-MI声源重建,应用均匀介质内部的声源
与电导率分布关系能够得到较高空间分辨率的电导率图像。
 最后,论文分析了电导率各向异性
对MAT-MI声源和声场分布的影响。基于电导率各向同性媒质的MAT-MI声源计算公式提出了适用于仿
真计算的电导率各向异性媒质MAT-MI声源计算公式,在二层同心球模型的基础上,用有限元法设置电
导率各向异性参数进行了声源和声场的计算。论文比较了四组各向异性电导率模型的MAT-MI声源和
声场分布,结果表明,电导率各向异性不改变声源和声场的分布,只改变声源和声场的强度；通过
MAT-MI声源能够有效区分具有不同各向异性电导率值的两种媒质,具有较高的对比度和空间分辨率
。
学位年度:2009