脈沖回波式超聲成像可以獲得生物組織或器官的解剖結(jié)構(gòu)信息,光聲和感應(yīng)式磁聲成像能夠反映組織的功能成分變化。單一的成像技術(shù)不能全面、詳盡地描述生物組織的結(jié)構(gòu)和功能信息,將三種成像方式相結(jié)合,得到磁光聲(magneto-photo-acoustic,MPA)聯(lián)合成像,則可綜合光聲信號發(fā)射階段超聲檢測較高的分辨率以及磁聲信號檢測時較高的分辨率和靈敏度,對早期病變組織進行精準(zhǔn)的定位和功能成像。將MPA成像與內(nèi)窺檢測技術(shù)進行結(jié)合,即磁光聲聯(lián)合內(nèi)窺成像(endoscopic magneto-photo-acoustic,EMPA),能及時有效地對生物腔體組織(如消化道、腸道和血管等)進行觀察和診斷。本文的研究目的是對EMPA聯(lián)合成像進行建模和數(shù)值仿真,得到EMPA的計算機仿真圖像。首先,分別對超聲脈沖作用于腔體組織產(chǎn)生超聲回波信號的過程、短脈沖激光照射腔體組織產(chǎn)生光聲信號的過程以及靜磁場和脈沖磁場共同作用于腔體組織產(chǎn)生磁聲信號的過程進行數(shù)值仿真。然后,對超聲換能器在腔體內(nèi)周向旋轉(zhuǎn)掃描時,分時采集到的超聲回波信號、光聲信號和磁聲信號,采用自適應(yīng)加權(quán)融合算法進行融合,得到聯(lián)合成像信號,進而得到腔體橫截面的EMPA圖像。本文采用含有病變組織的生物腔體計算機仿真模型(包括幾何結(jié)構(gòu)模型和聲學(xué)/光學(xué)/電磁參數(shù)模型)驗證算法的可行性。實驗結(jié)果表明,與單一成像方式相比,聯(lián)合成像可以充分發(fā)揮各成像手段的優(yōu)勢,提供有關(guān)腔體組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能成分的更為詳盡的診療信息。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.41;R318
【部分圖文】：

360 個成像角度的超聲回波信號、光聲信號和磁聲信號。假設(shè)生物腔體壁是聲速均勻的組織，將超聲波在組織內(nèi)的傳播速度設(shè)定為 1500 m/s，忽略二次磁場對感應(yīng)式磁聲成像的干擾。2.5.1 腔內(nèi)超聲回波成像的結(jié)果成像導(dǎo)管發(fā)射的超聲脈沖的中心頻率為 20 MHz、脈寬為 10 μs。忽略腔體組織對超聲波的吸收和衰減，不考慮強反射組織（如冠狀動脈血管壁中的鈣化斑塊）后方的偽影問題，仿真得到的超聲回波信號如圖 2-5 和圖 2-6 所示。由圖 2-5 可知，因組織聲阻抗的不同，在不同成分組織的界面處會有不同的聲阻抗差，而超聲脈沖回波成像對邊界聲阻抗差比較敏感，則超聲回波信號的每個波峰均對應(yīng)一個組織分界面，各個組織界面處反射的超聲回波信號攜帶著相鄰組織聲阻抗的差異值和該界面的位置信息。從圖 2-6 所示的超聲回波圖像中可以清晰定位病變組織的大小和位置。當(dāng)病變組織和正常組織的聲阻抗差距不明顯時，組織邊界成像不清晰；當(dāng)病變區(qū)域內(nèi)不同成分組織的聲阻抗相差較大時，較易區(qū)分。

(c) (d)圖 2-6 血管和腔體模型的超聲回波圖像 (a) 血管模型Ⅰ；(b) 血管模型Ⅱ；(c) 腔體模型Ⅰ；(d)腔體模型Ⅱ2.5.2 腔內(nèi)光聲成像的結(jié)果目前，近紅外波段（1.2 μm 和 1.7 μm）的 IVPA 成像系統(tǒng)因脂質(zhì)的強吸收性成為該領(lǐng)域的研究熱點[78]。而在 1.2 μm 波段，IVPA 系統(tǒng)需要 1.2 mJ 激光能量可以明顯區(qū)分脂質(zhì)與其他成分；在 1.7 μm，激光能量卻只需要 0.4 mJ。因此本文用波長為 1.7 μm、脈寬為 20 ns 的近紅外激光脈沖從腔內(nèi)對腔壁組織進行照射[64]，將式(2-6)中的參數(shù)設(shè)置為5210 l m、92.2810 t s、 n 3500，c 1500m/s，滿足式(2-7)的穩(wěn)定性條件，仿真得到的光聲信號如圖 2-7 和圖 2-8所示。由圖 2-7 可知，在相鄰的波峰和波谷之間，光學(xué)參數(shù)相同則為同一成分的組織，每個波峰為一層組織的分界面。在圖 2-1 中， 0 的方向上有四層組織，對應(yīng)圖 2-7(a)中有 4 個波峰； 180 的方向上有兩層組織，對應(yīng)圖 2-7(a)中有 2個波峰。

血管模型I的光聲信號(a)0°和180°；(b)全角度（360°）

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2825778