磁感应磁声成像及其在HIFU无创测温中的应用

作     者：孙晓冬 

作者单位：南京师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马青玉

授予年度：2014年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：磁感应磁声成像 偶极声源辐射 换能器接收特性 磁声声源分布 HIFU无创测温 

摘      要：磁感应磁声成像(MAT-MI)是一种兼有电阻抗成像高对比度和超声成像高空间分辨率特点的生物组织电阻抗成像新方法。由于生物组织电阻抗与温度之间存在着明显的对应关系,因此可以将磁感应磁声检测技术作为一种全新的辅助手段,实现高强度聚焦超声(HIFU)等超声热疗的非接触式无创监测。本文在基于偶极声源辐射的磁感应磁声成像理论基础上,通过理论推导、数值仿真和实验研究,对“层效应、换能器接收特性、声源分布等几个磁感应磁声成像过程中的关键问题进行了深入探讨,同时通过分析HIFU治疗过程中焦域磁声信号和组织温度之间的对应关系,研究利用磁感应磁声检测技术实现HIFU治疗无创测温的可行性。 研究结果表明,利用偶极声源辐射理论能够很好地解释洛伦兹力作用下磁声声源的产生机制。换能器接收到的磁声声波由一连串有着不同幅度和振动相位的波簇所组成,反映了换能器表面法线方向上的电导率边界信息,而利用衍射声源反投影算法重建得到的电导率边界图像则能够准确地反映出换能器扫描平面上的电导率边界轮廓。使用大口径强指向性换能器能够有效地减少等效声源、投影声源以及层效应对磁声信号的影响,提高换能器法向声信号检测能力,改善重建图像质量。磁声声源由内部声源和边界声源两部分组成。对于电导率突变模型模型而言,边界声源强度峰值远大于内部声源峰值,此时可以忽略内部声源而只考虑边界声源对磁声信号的影响。但是随着模型电导率过渡区宽度的增加,内部声源和边界声源的声源强度峰值之比线性增大,所以在对电导率缓变模型声源分布进行计算时需同时考虑内部声源和边界声源对磁声信号的贡献。HIFU焦域电导率模型具有电导率缓变模型的特点,HIFU焦域磁声信号幅度与焦域温升随时间有着相同的变化趋势,利用这一特点便可以实现HIFU焦域温度的磁感应磁声无创检测。