本文關(guān)鍵詞：聲學(xué)非均勻媒介的磁感應(yīng)磁聲成像重建算法

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【摘要】：磁感應(yīng)磁聲成像(Magnetoacoustic Tomography with Magnetic Induction, MAT-MI)是一種結(jié)合電阻抗成像與超聲成像的新型功能成像方法,同時(shí)具備超聲成像的高空間分辨率和電阻抗成像的高對(duì)比度。作為一種結(jié)合磁場(chǎng)、電場(chǎng)和聲場(chǎng)的多場(chǎng)耦合成像方法,磁聲成像同時(shí)具備電特性、聲特性兩個(gè)特異性參數(shù)。本文主要研究了聲特性的差異對(duì)磁聲耦合成像聲傳播過程的影響；并在此基礎(chǔ)上探討了聲學(xué)非均勻媒介的磁聲耦合成像聲源重建問題。首先,本文通過磁聲耦合理論,結(jié)合聲學(xué)的3個(gè)基本方程推導(dǎo)了聲學(xué)均勻模型和聲學(xué)非均勻模型的磁聲耦合成像正問題,并提出了基于時(shí)域有限差分法的聲學(xué)非均勻媒介波動(dòng)方程求解方法。文中借助COMSOL有限元仿真工具建立電導(dǎo)率模型,進(jìn)行電磁場(chǎng)問題的仿真；并依據(jù)電磁場(chǎng)仿真結(jié)果,建立具備相同電導(dǎo)率的聲學(xué)特性均勻模型和聲學(xué)特性非均勻模型,利用時(shí)域有限差分法對(duì)該模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),進(jìn)而探討聲特性的差異對(duì)磁聲耦合成像聲傳播過程的影響。結(jié)果表明,模型的聲學(xué)特性差異反映在聲信號(hào)傳播的反射、折射以及透射現(xiàn)象中,導(dǎo)致聲場(chǎng)正問題復(fù)雜化。其次,本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用線陣換能器的信號(hào)檢測(cè)方式,針對(duì)聲學(xué)非均勻模型,提出了一種基于代數(shù)迭代重建算法的聲速重建方法；并在聲速重建的基礎(chǔ)上,利用時(shí)間反演原理推導(dǎo)了基于時(shí)域有限差分的聲源重建方法。本文建立具備相同電導(dǎo)率的聲學(xué)均勻模型和聲學(xué)非均勻模型,評(píng)估該算法在聲速求解和聲源求解中的可行性。結(jié)果表明,該算法能夠有效的重建不同聲特性模型的聲速分布和聲源分布,重建結(jié)果與實(shí)際聲速分布和聲源分布匹配。最后,為評(píng)估本文重建算法的準(zhǔn)確性,文中建立了具備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維模型,以模型的3個(gè)不同截面作為參考,采用圖像評(píng)估參數(shù)評(píng)估了不同噪聲水平下的聲速和聲源重建結(jié)果。在此基礎(chǔ)上,文中建立了具備相同電導(dǎo)率不同聲特性和具備相同聲特性不同電導(dǎo)率的模型進(jìn)行重建對(duì)比。結(jié)果表明,本文算法能夠準(zhǔn)確重建被測(cè)樣本的聲速分布及聲源分布,同時(shí)具備對(duì)聲特性和電特性的高分辨力。與已有重建方法的對(duì)比表明,本文算法在聲學(xué)非均勻媒介的磁聲耦合成像重建問題上具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。綜上所述,本文提出了一種聲學(xué)非均勻媒介的正問題求解算法,為研究組織聲學(xué)特性對(duì)磁聲耦合成像的影響提供了理論基礎(chǔ)；并提出了一種不借助其他成像方式的聲速重建和聲源重建算法,首次針對(duì)聲學(xué)非均勻媒介的磁聲耦合成像逆問題進(jìn)行研究,結(jié)果顯示該重建算法能夠同時(shí)得到被測(cè)樣本的電特性圖像和聲特性圖像,且分辨率良好。
【關(guān)鍵詞】：磁感應(yīng)磁聲成像 聲學(xué)非均勻 時(shí)域有限差分 代數(shù)迭代重建
【學(xué)位授予單位】：北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R310
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 研究背景9
• 1.2 研究概況9-15
• 1.2.1 組織電特性成像技術(shù)10
• 1.2.2 磁感應(yīng)磁聲成像研究原理及研究?jī)?nèi)容10-11
• 1.2.3 磁聲耦合成像算法進(jìn)展11-14
• 1.2.4 當(dāng)前存在的問題14-15
• 1.3 研究目標(biāo)及意義15-18
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)16-17
• 1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)17-18
• 第二章 聲學(xué)不均勻模型磁聲耦合成像正問題仿真18-38
• 2.1 方法18-27
• 2.1.1 時(shí)域有限差分法18-19
• 2.1.2 聲學(xué)均勻聲波方程推導(dǎo)19-21
• 2.1.3 聲學(xué)非均勻聲波方程的推導(dǎo)21-23
• 2.1.4 聲波方程的求解23-27
• 2.2 正問題仿真27-33
• 2.2.1 仿真模型的建立28-29
• 2.2.2 電磁場(chǎng)問題仿真29-31
• 2.2.3 聲場(chǎng)問題仿真31-33
• 2.3 仿真結(jié)果對(duì)比與分析33-37
• 2.3.1 聲學(xué)均勻模型仿真結(jié)果33-34
• 2.3.2 聲學(xué)非均勻模型仿真結(jié)果34-35
• 2.3.3 不同模型結(jié)果對(duì)比35-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 聲學(xué)不均勻模型磁聲耦合成像逆問題仿真38-53
• 3.1 方法建立38-42
• 3.1.1 計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)38
• 3.1.2 聲速求解算法38-41
• 3.1.3 聲源重建算法41-42
• 3.2 逆問題仿真42-46
• 3.2.1 仿真模型的建立43-44
• 3.2.2 聲速求解的仿真44-45
• 3.2.3 聲源重建的仿真45-46
• 3.3 仿真結(jié)果對(duì)比與分析46-52
• 3.3.1 聲學(xué)均勻模型的重建結(jié)果46-49
• 3.3.2 聲學(xué)非均勻模型的重建結(jié)果49-51
• 3.3.3 不同模型重建結(jié)果對(duì)比51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 算法準(zhǔn)確性評(píng)估53-71
• 4.1 模型建立及評(píng)價(jià)參數(shù)53-57
• 4.1.1 評(píng)估模型的建立53-55
• 4.1.2 評(píng)估參數(shù)設(shè)置55-57
• 4.2 重建結(jié)果的評(píng)價(jià)57-65
• 4.2.1 對(duì)聲速重建結(jié)果的評(píng)估57-61
• 4.2.2 對(duì)聲源重建結(jié)果的評(píng)估61-65
• 4.3 對(duì)特殊模型成像的對(duì)比65-67
• 4.4 與已有的重建算法對(duì)比67-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 第五章 總結(jié)與展望71-74
• 5.1 論文總結(jié)71-72
• 5.2 研究展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 攻讀碩士期間參加的科研項(xiàng)目80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文80
• 攻讀碩士學(xué)位期間申請(qǐng)與授權(quán)的專利80-81
• 致謝81

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 張媛;;磁感應(yīng)磁聲成像的聲源產(chǎn)生機(jī)制[J];湖州師范學(xué)院學(xué)報(bào);2009年01期

2 張弛;汪源源;;聲速不均勻介質(zhì)熱聲成像的聲場(chǎng)仿真[J];聲學(xué)學(xué)報(bào)(中文版);2008年05期

3 郭余慶;李宜令;馬青玉;龔秀芬;;基于聲偶極輻射的磁感應(yīng)磁聲層析成像研究[J];聲學(xué)學(xué)報(bào);2011年02期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 馬任;基于聲換能器特性的磁感應(yīng)磁聲成像正問題分析[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2012年

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本文編號(hào)：798050