基于磁声与超声同步检测的信号相关性成像方法研究

Magneto-acoustic tomography is a new technology of electrical characteristics imaging, which has higher contrast and resolution. At present, there are some problems such as weak acoustic signal intensity, low signal-to-noise ratio and low imaging quality, which is the main bottleneck of restricting the technology. As the magneto-acoustic signal is mainly generated in the electrical impedance boundary, which will also induce the ultrasonic echo signal in the interface, these two signals have a strong correlation between each other. In this project, we propose a magnetic and ultrasonic signal synchronous detection method to improve the signal-to-noise ratio and image resolution of the acoustic signal through the strong correlation between the two, and use the image fusion method to accurately image the distribution of the electrical characteristics of the tissue. This project will focus on the magneto-acoustic source and the corresponding acoustic signal characteristics, establish the theoretical model and the cross-correlation method between the magneto-acoustic signal and the ultrasound signal, design and set up the experimental system of the synchronous detection of ultrasonic and magneto-acoustic tomography, verify the method by ultrasonic image reconstruction and image fusion. The aim of this project is to figure out the cross correlation between magneto-acoustic signals and ultrasonic echo signals, and to enhance the magneto-acoustic signal using the ultrasound signal. Thus the image resolution of the electrical characteristics will be improved and the fusion between magneto-acoustic image and ultrasound image will be achieved. This project will provide theoretical and technical support for the application of magneto-acoustic tomography.

磁声成像技术是一类新型电特性成像技术，兼具高对比度和高分辨率的优点。目前磁声成像存在磁声信号微弱，信噪比与成像质量低等问题，成为制约该项技术推广应用的主要瓶颈。由于磁声信号主要产生于组织电阻抗边界，在超声成像下该界面也存在超声回波信号，两种信号间具有极强的相关性。本项目提出将磁声信号与超声信号同步检测，通过二者的强相关性提高磁声信号信噪比及成像分辨率，利用图像融合的方法来准确的反映组织的电特性信息分布。本课题重点研究磁声声源及对应的声信号特征，建立磁声与超声同步检测成像的理论模型及磁声与超声互相关处理方法，搭建磁声与超声同步检测实验系统实现同步信号采集，通过磁声与超声图像重建及图像融合技术，进一步验证该方法。本项目旨在研究磁声信号及超声回波信号之间的互相关关系，利用超声信号增强磁声信号，从而提高组织电特性成像分辨率，最终实现图像融合，本项目将为磁声成像的应用提供理论与技术支持。

磁声成像是一种研究生物组织电特性的多场耦合无损功能成像技术，在乳腺癌等肿瘤的早期诊断、心血管疾病的检查等方面有广阔应用前景。微弱声信号检测和处理是磁声成像重要的研究内容，对成像对比度和精度起关键作用。磁声成像研究中通常采用高频高压激励源、高电导率仿体或高场强MRI磁场来实现磁声信号增强，但仍然存在磁声信号微弱，信噪比与成像质量低等问题，成为制约该项技术推广应用的主要瓶颈。. 本项目提出一种基于磁声与超声同步检测的信号相关与成像方法，通过对比超声信号与磁声信号之间的显著关联性，实现在磁声成像中利用超声系统产生的脉冲信号来获取增强的磁声信号，进而提高检测信噪比，并在此基础上建立磁声与超声同步检测下组织电导率信息检测与重建方法，以提高磁声耦合电导率成像质量。.本课题基于洛仑兹力声源推导了磁声耦合声源在边界和内部的计算方法，采用有限差分方法，将声源及声压计算转换为矩阵形式进行求解；对磁声与超声同步检测成像的理论仿真模型进行了研究，并获取不同位置处的超声回波信号及磁声信号。搭建了小型化磁声与超声同步检测实验系统，进行了导电硅胶仿体的实验研究，验证数学模型和仿真研究结果。开展了基于特征值的磁声图像重建算法研究，利用优化算法进行了仿真和实验研究。.仿真研究表明，使用基于系统矩阵特征值重建方法可以根据实验条件和信噪条件最大限度的从磁声信号中提取特征，使重建电导率分布结果接近原始电导率分布，为磁声信号特征提取及超声信号图像重建提供了理论基础。导电硅胶样本实验结果表明，提取的磁声信号及超声信号可用于图像重建，可以反映样本的电特性分布及声阻抗差异。.总之，本项目研究不仅会提高磁声成像的信号强度与图像重建质量，而且将会在超声成像基础上给出可以反映癌症早期病变的电特性信息，从而方便医生了解病变组织或器官的综合信息，进而做出精确的早期诊断，具有重要的临床应用价值。