[發明專利]一種注入電流式熱聲成像電阻率重建方法

有效

• 申請號: 201710089730.7
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106885842B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 李艷紅;劉國強;夏正武;楊延菊;夏慧;李士強
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01N29/00
• 分類號: G01N29/00;G01N27/02;A61B5/053;A61B8/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

1.一種注入電流式熱聲成像電阻率重建方法，其特征在于，所述的注入電流式熱聲電阻率圖像重建方法基于注入電流式的熱聲成像原理，通過電極向成像目標體注入脈沖電流，在成像目標體中產生焦耳熱，引起熱膨脹，產生超聲信號，用超聲換能器接收超聲信號，對接收到的超聲信號進行處理和采集，采用電阻率圖像重建算法獲取目標體的電阻率圖像；

熱聲源的獲取方法為：已知熱聲成像的聲壓波動方程：

其中r為超聲換能器位置，p(r,t)是聲壓，c_s為介質中的聲速，C_P為目標體(3)的比熱容，β為目標體(3)的熱膨脹系數，δ(t)是狄拉克函數，S(r)為熱聲源分布，t為時間，為拉普拉斯算符；

選取目標體的某一斷層面z＝z₁，超聲換能器在此斷層面上進行圓周掃描，采集超聲信號，利用方程(1)，求解z＝z₁斷層面上的熱聲源分布S(x,y,z₁)，移動超聲換能器在不同斷層面上進行掃描檢測，求解不同斷層面上的熱聲源分布，目標體(3)上整體熱聲源S可由分層檢測計算或z方向上插值得到；

熱聲源S同時是電阻率和電流密度的函數表示為：

S＝ρJ²＝ρJ·J (3)

其中，ρ為目標體(3)的電阻率，J為目標體(3)內電流密度分布；

所述的注入電流式熱聲成像電阻率重建方法包括以下步驟：

第一步：獲取注入電流式熱聲信號

激勵源(1)通過注入電極A(2)和注入電極B(4)對目標體(3)注入脈沖電流，目標體(3)在電流作用下產生焦耳熱，進而產生熱膨脹，激發超聲信號，超聲信號通過耦合劑耦合到超聲換能器(5)，超聲換能器(5)接收到信號后通過檢測系統(6)進行信號的放大、濾波、采集和存儲，在上位機(7)中實現圖像重建，超聲換能器(5)在控制器(8)控制下對目標體進行掃描檢測；

第二步：獲取目標體熱聲源

根據第一步采用一對注入電極A(2)、注入電極B(4)，向目標體注入電流后，引發熱膨脹，激發聲信號，檢測到聲壓信號，采用聲壓信號重建目標體上整體熱聲源；

第三步：求解矢量電位

根據電流連續性定理，電流的散度為零，引入矢量電位，則有：

其中，T為矢量電位，為矢量電位的旋度，為哈密頓算符；

利用歐姆定律，J＝σE＝E/ρ，則有：

由式(3)和式(4)可得：

將式(6)代入式(5)中，得到：

滿足的邊界條件為：

其中，Γ_A,B為注入電極位置，Γ_g為除去電極之外的目標體邊界，A₀為電極與目標體接觸面積，I為注入電流，n表示區域的外法向單位矢量；

將熱聲源S代入公式(7)，結合邊界條件(8)，進行有限元法求解，即可重建得到矢量電位T；

第四步：求解電阻率

將矢量電位T代入公式(6)，即可重建電阻率ρ。