磁声显微成像方法研究

With the development and progress of biomedical and material science, one never could be satisfied the sample surface's microscopic imaging of tissue and material, and to achieve the new microcosmic information of object's surface ,sub-surface and interior becomes urgent needs.The research on microscopic imaging technique based on the electric property differences, is critical to study fine structure of tissue and material. This project proposes an innovative microscopic imaging technology, called magneto-acoustic microscopic imaging(MAMI). It will be devoted to study on the excitation detecting theory of the new microscopic imaging method,and to investigate the rule of influence of different pulse excitation parameters and acoustic lens parameters on the axial and transversal resolution of microscope, and to find out the optimal exciting parameters and acoustic lens parameters that is helpful to improve the microscope's resolution.To resolve the problem of the present magneto-acoustic tomography rebuilding algorithm such as its complexity and difficulty to get a realtime image, we propose a rapid rebuilding algorithm for current density and conductivity by using the photoacoustic tomography rebuilding algorithm based on the acoustic lens priciple as reference. As a result, with the high resolution, high-sensitivity and high imaging speed,it could be expected to form a new magneto-acoustic microscopic imaging method holding independent intellectual property rights, that could supply a new analytic tool for living animal experiment and early diagnosis of cancer research.

随着生物医学和材料科学发展和进步，人类不再满足对组织或者材料的表面显微成像，而是迫切需要得到物体表面、亚表面和内部许多新的微观信息，研究基于电特性差异的显微成像技术，对于组织或材料的微细结构研究至关重要，本项目首次提出一种新原理的显微成像方法-磁声显微成像。研究该新型显微镜成像方法的激励检测理论，考察不同激励参数和声透镜参数对显微镜轴向分辨率和横向分辨率的影响规律，找出有助于提高显微镜分辨率的最佳脉冲激励参数和声透镜参数；突破目前磁声成像重建算法复杂，难以实时成像的问题，借鉴基于声透镜的光声成像重建算法，提出电流密度和电导率快速重建算法，形成具有自主知识产权的新型高分辨率、高灵敏度和高成像速度的磁声显微成像方法，为活体动物实验、癌症早期诊断研究提供一个有力的分析工具和平台。

随着科学技术的发展和进步，生物医学和材料科学领域的研究已深入到细胞、分子以及原子水平，人类不再满足对组织或者材料的表面显微成像，而且迫切需要得到物质表面、亚表面和内部许多微观信息，显微镜作为一种必要的观察工具，应用日益广泛和重要。研究基于电特性差异的显微成像技术，对于组织或材料的微细结构研究至关重要。鉴于此，本项目开创性的提出一种新原理的显微成像方法-基于声透镜的磁声成像。该成像方法涉及电磁激励技术、声透镜技术以及图像重建方法三个方面，其成像原理为被测样品在脉冲磁场和静磁场的共同激励下由于被测样品的洛伦兹力效应在激励源区内产生磁声信号，具有成像能力的声透镜将激励源区内的任意点的点声源的声压信号直接成像于像面上，利用像面上检测到的声压分布直接重构激励源区的洛伦兹力散度，进而重建电流密度和电导率分布。项目首先通过理论和实验研究了新型层析成像方法的激励检测理论，考察了不同激励参数和声透镜参数对显微镜轴向分辨率和横向分辨率的影响规律，确定了提高分辨率的最佳脉冲激励参数和声透镜参数；其次，通过实验证实基于声透镜的磁声成像重建算法与传统的磁声成像重建算法相比提高了成像速度，形成了具有自主知识产权的新型高分辨率、高灵敏度和高成像速度的磁声层析成像方法，为小动物实验等科学研究提供一个有力的分析工具和平台。