基于洛伦兹力声源的生物磁声电导率成像研究

磁声成像(MAT)融合了电阻抗成像（EIT）的高对比度和超声成像的高空间分辨率的优点，有望解决传统EIT空间分辨率不高的问题。然而，在方法学研究方面，目前MAT仅实现了边界位置信息的成像，尚未实现组织内部电导率信息的准确重建。为解决这一制约MAT发展的关键科学技术瓶颈问题，本项目提出基于洛伦兹力声源的新的成像理论和方法，利用声压-速度-电磁耦合方程（或位移-电磁耦合方程），建立电导率分布和洛伦兹力声源的对应关系，解决生物体内部电导率的检测与重建问题，可在电导率发生变化而组织密度尚未变化时对疾病进行早期诊断，形成具有自主知识产权的新型功能成像技术。同时，该技术研究将来形成的影像诊断仪器，与MRI等大型医学影像仪器相比，生产成本低，可进一步降低医疗成本。该项目的实施可为国家人口与健康领域急需解决的重大疾病早期诊断和"治未病"健康工程提供一种新型功能成像技术基础。

磁声成像(MAT)融合了电阻抗成像（EIT）的高对比度和超声成像的高空间分辨率的优点，有望解决传统EIT空间分辨率不高的问题。然而，在方法学研究方面，目前MAT仅实现了边界位置信息的成像，尚未实现组织内部电导率信息的准确重建。为解决这一制约MAT发展的关键科学技术瓶颈问题，本项目提出基于洛伦兹力声源的新的成像理论和方法，利用声压-速度-电磁耦合方程（或位移-电磁耦合方程），建立电导率分布和洛伦兹力声源的对应关系，解决生物体内部电导率的检测与重建问题，可在电导率发生变化而组织密度尚未变化时对疾病进行早期诊断，形成具有自主知识产权的新型功能成像技术。本项目搭建了五轮永磁磁声成像实验平台，经历了不同电导率检测限的艰难发展历程，在2005-2010年，检测电导率从铜仿体5.8e7S/m、石墨仿体1e5S/m，在此基础上从2011年至今，检测电导率从凝胶仿体37s/m（2011年）、凝胶仿体16S/m（2014年）、凝胶0.2S/m（2016年），最终在永磁激励下实现了0.2S/m电导率的检测并获得分辨率1mm的图像，是目前国际上报道的最高水平。同时，该技术研究将来形成的影像诊断仪器，与MRI等大型医学影像仪器相比，生产成本低，可进一步降低医疗成本。该项目的实施可为国家人口与健康领域急需解决的重大疾病早期诊断和“治未病”健康工程提供一种新型功能成像技术基础。本项目主要成果总结在两本科学出版社的专著上：《磁声成像技术（上册）——超声检测式磁声成像》和《磁声成像技术（下册）——电磁检测式磁声成像》。