基于不同激励源的声学层析成像技术研究
发布时间：2021-07-21 23:53
近年来,基于不同激励源（激光、微波、X射线）的声学层析成像技术在生物医学领域受到了广泛关注。作为一类很有前途的混合成像模式,它结合了纯激励源成像和纯超声成像的优势,为生物组织成像提供了高分辨率和高对比度的可能性。由于成像目标与生物组织对激励信号的吸收密切相关,该类技术在癌症成像以及放射治疗期间的剂量监控方面具有广阔的发展前景。基于此,本论文按照激励源的不同对研究课题进行了分析讨论,从基本理论出发重点介绍了三项与上述技术相关的工作。其主要内容为:1.研究了基于电脉冲的电声断层扫描（Electroacoustic Tomography,EAT）技术在软组织中用于原位监控电场分布的可行性。在我们的计算机模拟中,利用有限元分析求解一般偏微分方程得到软组织中的电场分布。将电场分布转化成初始压力分布,利用k-Wave模拟的方法模拟声波的传播。在目标周围放置含有128个超声换能器的环形阵列来检测声波,并采用时间反演重建算法来重建EAT图像。通过设置不同数量、不同距离以及不同输入电压的电极来模拟电穿孔过程中不同的电场分布。我们还研究了不同输入电压下EAT成像的灵敏度。本研究的结果表明,EAT是一种能够...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
-1激励源诱导声学成像原理图
山东师范大学硕士学位论文16测的声压通常比使用压电传感器灵敏度低。尽管PBDT检测是一种有效的检测光透明材料中声波的方法，但其在临床应用中存在一定困难。本研究的目的在于探讨利用压电换能器阵列的EAT技术能否有效地实时监控电穿孔技术中的原位电场分布。为了探究EAT技术在实时监控电场分布过程中的不同参数影响，我们对不同数量的电极、两个电极之间不同的距离设定以及不同电压输入进行了理论计算和模拟研究。图2-1-1电穿孔过程的原理图。图2-1-1(a)表示施加电脉冲之前的状态；图2-1-1(b)表示外加电场增加了细胞膜的通透性，允许化学药品或DNA进入完整的细胞；图2-1-1(c)表示施加电脉冲后带有内产物的细胞恢复到原始状态。2.2研究方法我们的工作流程包括电场分布生成、初始压力信号产生、k-Wave仿真及EAT重建，该工作流程用于研究EAT原位实时监测电场分布的可行性。图2-2-1(a)表示乳腺CT背景图像上的电场分布。这些颜色表示电场的大小，蓝色表示最大电场强度，而红色表示最低电场强度。电场线密度揭示了电场强度信息，电场线之间的距离近表示电场强度强，距离远表示电场强度弱。图2-2-1(b)为施加纳秒量级电脉冲的EAT系统示意图。符号“-”和“+”分别表示负电压和正电压。蓝色虚线表示产生的压力波。在EAT系统中，采用由128个声学传感器组成的环形阵列来检测产生的压力信号，这些传感器用感兴趣区周围的灰色方块表示。红色箭头表示电场的方向，而黄色椭圆内的红色波浪箭头表示空间内的压力波。
山东师范大学硕士学位论文17图2-2-1图像引导治疗和电声断层扫描(ElectroacousticTomography,EAT)系统的原理图。图2-2-1(a)为乳腺CT背景图像上的电场分布；图2-2-1(b)为施加纳秒量级电脉冲的EAT系统示意图。本研究使用商业软件MATLAB2017a(Mathworks,Natick,Massachusetts)、偏微分方程(PartialDifferentialEquation,PDE)工具箱及k-Wave仿真工具箱对EAT过程进行仿真。仿真工作流程如图2-2-2所示。关于如何使用PDE工具箱生成电场分布将在2.2.1节中详细讨论；2.2.2节描述了乳腺脂肪组织中电场分布与初始压力之间的关系；最后，在2.2.3节中，利用k-Wave工具箱对生成的电声(Electrical-inducedAcoustic,EA)波的传播和EAT重建进行了仿真。图2-2-2电声断层扫描(ElectroacousticTomography,EAT)过程仿真流程图。
本文编号：3296016
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
-1激励源诱导声学成像原理图
山东师范大学硕士学位论文16测的声压通常比使用压电传感器灵敏度低。尽管PBDT检测是一种有效的检测光透明材料中声波的方法，但其在临床应用中存在一定困难。本研究的目的在于探讨利用压电换能器阵列的EAT技术能否有效地实时监控电穿孔技术中的原位电场分布。为了探究EAT技术在实时监控电场分布过程中的不同参数影响，我们对不同数量的电极、两个电极之间不同的距离设定以及不同电压输入进行了理论计算和模拟研究。图2-1-1电穿孔过程的原理图。图2-1-1(a)表示施加电脉冲之前的状态；图2-1-1(b)表示外加电场增加了细胞膜的通透性，允许化学药品或DNA进入完整的细胞；图2-1-1(c)表示施加电脉冲后带有内产物的细胞恢复到原始状态。2.2研究方法我们的工作流程包括电场分布生成、初始压力信号产生、k-Wave仿真及EAT重建，该工作流程用于研究EAT原位实时监测电场分布的可行性。图2-2-1(a)表示乳腺CT背景图像上的电场分布。这些颜色表示电场的大小，蓝色表示最大电场强度，而红色表示最低电场强度。电场线密度揭示了电场强度信息，电场线之间的距离近表示电场强度强，距离远表示电场强度弱。图2-2-1(b)为施加纳秒量级电脉冲的EAT系统示意图。符号“-”和“+”分别表示负电压和正电压。蓝色虚线表示产生的压力波。在EAT系统中，采用由128个声学传感器组成的环形阵列来检测产生的压力信号，这些传感器用感兴趣区周围的灰色方块表示。红色箭头表示电场的方向，而黄色椭圆内的红色波浪箭头表示空间内的压力波。
山东师范大学硕士学位论文17图2-2-1图像引导治疗和电声断层扫描(ElectroacousticTomography,EAT)系统的原理图。图2-2-1(a)为乳腺CT背景图像上的电场分布；图2-2-1(b)为施加纳秒量级电脉冲的EAT系统示意图。本研究使用商业软件MATLAB2017a(Mathworks,Natick,Massachusetts)、偏微分方程(PartialDifferentialEquation,PDE)工具箱及k-Wave仿真工具箱对EAT过程进行仿真。仿真工作流程如图2-2-2所示。关于如何使用PDE工具箱生成电场分布将在2.2.1节中详细讨论；2.2.2节描述了乳腺脂肪组织中电场分布与初始压力之间的关系；最后，在2.2.3节中，利用k-Wave工具箱对生成的电声(Electrical-inducedAcoustic,EA)波的传播和EAT重建进行了仿真。图2-2-2电声断层扫描(ElectroacousticTomography,EAT)过程仿真流程图。
本文编号：3296016
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