基于声电效应的功率密度成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于成像技术领域，涉及多物理场混合成像技术，具体是一种基于声电效 应的功率密度成像方法。
【背景技术】
[0002] 人体各个组织（器官）具有不同的电学特性，而且一些病理现象和生理活动均会 引起人体组织电学特性的变化，因此生物组织携带着丰富的生理和病理信息。通过一定的 技术手段，重建生物组织的电学特性或者介质分布图像，进而分析和研究生物体的生理和 病理状况，在临床上具有很高的实用价值。
[0003] 电阻抗层析成像技术（ElectricalImpedanceTomography,EIT)是基于电特性敏 感机理的层析成像技术，其通过电学手段，判断出敏感场内物体的电特性分布，进而获得该 场内介质的分布图像。在成像过程中，使用人体能接受的微小安全电流，而不使用核素或摄 像，对人体无电离或者辐射作用；另外，其结构简单、测量方便，价格低廉，适合应用于医疗 普查和对患者进行长期的医学图像监护，是非常有应用和研究价值的技术手段。近几十年 学者对EIT进行广泛研究，其在理论、硬件、软件、算法等方面都取得很大进步。
[0004] 但由于EIT介质分布图像重建的逆问题具有严重不适定性，导致重建图像空间分 辨率和精度都很低，限制其应用和发展。研究新的方法获得更多的有效信息是解决EIT低 空间分辨率、低精度的根本方法。
[0005] 在生物电阻抗成像领域，研究者们在完善实验设计和改进重建算法的同时，尝试 从物理场耦合的角度将电阻抗成像与其他成像技术相结合以增加成像的有效信息，从而提 1?图像的空间分辨率。
[0006] 声电效应是指，聚焦的超声波在介质传播中引起压力变化，造成了局部区域（聚 焦区域）周期的机械压缩和松弛（由超声波的频率决定），引起局部区域的微小弹性形变， 从而导致局部电导率变化。
[0007] 基于声电效应的成像方法将电学和超声成像相结合，提高被测物场电学参数分布 的空间分辨率。2004年HZhang和LVWang(Acousto_electrictomography，HZhangandL VWang,《ProceedingsofSPIE》，2004, 5320:145-149)在光学领域的会议上发表了声电成 像方法，该方法利用聚焦超声的定位功能和不同介质的声电调制信号不同，根据超声波束 的位置和声电信号的强弱直接重建出电导率空间分布。2013年中国专利（CN103156604A) 也公开超声协同的生物组织电阻抗成像方法。
[0008] 美国的RagnarOlafsson等人提出基于声电效应的电流密度成像，基于声电 效应利用声电信号重建被测物场内部电流源分布信息（UltrasoundCurrentSource DensityImaging，RagnarOlafsson，RussellS.Witte,Sheng-WenHuangandMatthew 0'Donnell，IEEETRANSACTIONSONBIOMEDICALENGINEERING，2008,55(7):1840-1848) (Measurementofa2Delectricdipolefiledusingtheacousto-electriceffect， RagnarOlafsson，RussellS.WitteandMatthew0'Donnell，Proc.SPIE6513,Medical Imaging2007:UltrasonicImagingandSignalProcessing, 65130S(March12,2007)；doi:10.1117/12.712448,SanDiego，CA|February17,2007)。 2013年中国专利（CN 103156605A)也公开了一种基于声电效应的生物组织电流密度成像。
[0009] 2008年法国研究者Ammari等人（Electricalimpedancetomographybyelastic deformation,H Ammari,EBonnetier1YCapdeboscq1MTanterandMFink,SIAMJournal onAppliedMathematics, 2008, 68:1557-1573)从数学理论上由经过超声调制的电阻抗 层析成像边界测量值推导获得局部功率密度，并将该信息作为中间量重建出被测物场的 电导率分布。该研究工作涉及到功率密度，但是由于功率密度计算公式是基于小体积内 含物扩展方法推导得到，功率密度的计算公式只适用于测量物场的内部区域，在实际使用 过程中存在局限性。并且，该工作是在纯数学理论基础上，基于连续电极模型实现功率 密度的计算，而实际测量系统只能用离散电极模型。A_ari等人在2012年的研究工作 中(Resolutionandstabilityanalysisinacousto-electricimaging,H Ammari,J GarnierandWJing,InverseProblem, 2012, 28, 084005)，使用近似的功率密度计算公式， 虽然将功率密度的适用范围扩展到整个测量物场，但是影响功率密度的计算精度。
[0010] 上述的已有的涉及功率密度的工作只是把功率密度作为电导率重建的中间变量， 并没有将功率密度作为独立的成像方法研究；所提出的精确的功率密度的计算公式只适用 于测量物场的内部区域，在实际使用过程中存在局限性，而近似后的功率密度计算公式虽 然适用于整个测量物场，但是影响计算精度；现有的功率密度的计算都是纯理论上并且基 于连续电极模型，而实际测量系统只能用离散电极模型。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于声电效应的功率密 度成像方法，该方法在离散电极模型基础上，将功率密度成像作为一种独立的成像手段，在 电学基础上耦合超声，通过聚焦超声波对聚焦域介质的扰动，获得测量物场的功率密度信 息，形成功率密度分布图像，从而达到提高测量物场介质分布空间分辨率的目的。为实现上 述目的，本发明采用的技术方案是提供一种基于声电效应的功率密度成像方法。包括下列 步骤：
[0012] 一种基于声电效应的功率密度成像方法，该方法将离散的电极阵列均匀或非均匀 地固定在被测生物组织的外侧，电极阵列所包围