三维磁感应磁声成像的新算法研究

  本文关键词：三维磁感应磁声成像的新算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

第 2期 2 0 1 3年 2月

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V0 1 . 41 No . 2 F e b . 2 0 1 3

ACr A EI C T RONI C A S I NI C A

三维磁感应磁声成像的新算法研究 周廉，朱善安，贺斌 ( 1 .浙江大学电气工程学院，浙江杭州 3 1 0 0 0 7; 2 .明尼苏达大学生物工程学院，明尼苏达州明尼阿波利斯 5 5 4 5 5 )

摘

要：磁感应磁声成像技术 ( M A T - MI )作为一种新型无创的电阻抗成像技术，融合了磁感应技术和超声断层

扫描技术，提供了高分辨率的成像结果 .本研究提出了一种用于 M A T - M I计算电导率分布的新型算法，解决电导率重建过程中的奇异值问题，同时又缩短了重建所需时间，并通过计算机仿真构建的三维环状线圈和乳腺模型，验证了算 法的稳定性和可靠性 .

关键词： 磁感应磁声成像；奇异值；电导率；有限元 中图分类号： R 4 4 5 . 9 文献标识码： A 文章编号： 0 3 7 2— 2 1 1 2( 2 0 1 3 ) 0 2— 0 2 8 8 - 0 7 B OI:1 0 . 3 9 6 9/ j . i s s n . 0 3 7 2 - 2 1 1 2 . 2 0 1 3 . 2. 0 0 1 3 电子学报 U R L:h t t p:// w w w. e i o 1 u n 1 a l _ o r g . c n

A Th r e e - Di me n s i o n a l B i o i mp e d a n c e I ma g i n g Al g o r i t h m b y Me a n s o f Ma g n e t o a c o u s t i c T o mo g r a p h y wi t h Ma g n e t i c I n d u c t i o n Z HO U L i a n , Z HU S h a n . a n , H E B i n 2 ( 1 . C o l l e g e o fE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g, Z h e j i a n g U n i v e r s i t y . H a n g z h o u, Z h e j i a n g 3 1 0 0 0 7, C h i n a;

2 . D甲w m o fB i o m e d i c a l E n g i n e e n n g, U n i v e r s i t y o fM i n n￣o t a. Mi n n e a p o l i s, Mi n n e s o t a 5 5 4 5 5, U S A)

A b s t r a c t: Ma

g n e t o a c o u s t i c t o mo g r a p h y w i t h ma g n e i t c i n d u c i t o n( MA T -￣ )i s a r e c e n t l y n i t r o d u c e d n o n i n v a s i v e e l e c t r i c a l c o n d u c i t v i t y i ma g i n g a p p r o a c h . I n t h e p r e s e n t s t u d y, a n e w lg a o r i t h m f o r t h e c o n d u c i t v i t y r e c o n s n u c i t o n h a s b e e n p r o p o s e d, a n d wa s e v lu a a t e d b y c o mp u t e r s i mu l a i t o n s n i a 3 - d i me si n o n a l b r e a s t mo d e 1 . Co mp a r d e wi t h he t e x i s t i n g me t h o d s . t h e n e w l a g o i r t h m c a l l r e— c o st n r u c t t h e i n t e r n l a c o n d u c i t v i t y d i s t r i b u i t o n it w ho u t s i n g u h￣t y p r o b l e m a n d s i g n i i f c a n t l y r e d u c e s t h e t i me f r o r e c o st n r u c i t o n c o m— p u t a io f n.

K e y wo r d s: ma g n e t o a c o u s i f c t o mo g r a p h y it w h ma g n e i t c i n d u c i t o n; s ng i u l a r v a l u e; c o n d u c i t v i t y; i f n i t e e l e me n t me ho t d

1 引言

电导率重建的精确性 .相比较 E r r, M 1 T采用了非接触式 的测量方法，解决了接触阻抗的影响，但由于存在激励

人体器官组织的电特性变化往往先于器质性病变， 磁场和扰动磁场难以分离的问题，使得重建结果的分辨在经过一定的功能代偿期与潜伏期后发展成器质性病率较低 .针对这些重建算法存在的缺陷，磁共振阻抗成变，表现出临床症状 .如果能够在疾病的潜伏期

内，及时像 ( M R E r r )结合了电阻抗技术及磁共振电流密度成像地检测出该组织器官电导率的变化，对于相关疾病，如技术( M R C D I ) E u j,提供了较高分辨率和精度的重建图脑肿瘤、乳腺癌等的预防及早期治疗是非常有益的 .长像，并在仿真计算及活体组织实验上均取得了突破性进期以来，生物电阻抗特性的研究一直广受关注 .尤其在展 .但是，，该方法需要较大的电流注入活体，安全问题依 近几十年，非侵入式的电阻抗成像技术已经逐渐成为国际生物医学领域研究的热点，有越来越多的阻抗成像技术被提出，具代表性的有：电阻抗成像 ( E n 1 ) _ 1 J、磁感应成像 ( M 1 T ) E 5]和磁共振电阻抗成像 ( M R E f)[ 6 - m]等. 旧是摆在 M R E 1 T前最大的难题 .

为了获得高分辨率的图像，避免注入电流以及消除低电导率组织带来的“屏蔽效应” l 1, 2 0 0 5年贺斌教授

及其研究小组提出了一种新型非接触式电阻抗成像技其中 E t是一种接触式的阻抗成像手段， f通过测量目标术.磁感应磁声成像 ( M a g n e t o A c o u s t i c T o m o g r a p h y w i t h 边界面上的电势，进而完成截面电阻抗的重建计算 .但 Ma g n e t i c I n d u c i t o n, M A T - M I )[ 1 3锄j .它融合了磁感应技术是由于接触阻抗的存在，以及生物体内低电导率组织的和超声断层扫描技术，兼具电阻抗成像高对比度和超声

屏蔽效应，使得电流容易产生较大的衰减，从而影响了

断层扫描技术高空问分辨率的优点 .该方法应用磁感应

收稿日期： 2 0 1 2 - 0 1 . 0 6;修回日期： 2 0 1 2 0 5— 0 6

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