感应式磁声成像中的磁热声效应研究

发布时间：2021-04-03 05:39

　　探究感应式磁声成像中的磁热声效应,分析磁声声源与热声声源分布及幅值特征。建立磁声及热声声源表达式,数值仿真多层电导率仿真模型的感应电流分布、磁声+热声声源分布及声压信号,对两种声源分布及重建结果进行比较。为验证仿真结果,建立磁声成像实验平台,采用导电橡胶圈仿体分别开展磁声和热声圆周扫描实验,并对磁声和热声信号幅值和声源重建结果进行比较分析。仿真结果表明,磁声声源分布集中在电导率边界处,而热声声源分布展宽,并且在边界和内部均有分布;磁声声源的最大值是热声声源的15倍。实验结果表明,热声声压信号峰-峰值是混合信号的1/4。热声信号重建的声源图像在边界处更模糊,磁声信号的声源重建图像边界清晰但存在伪影。仿真和实验结果均证明,磁声成像中同时存在热声效应。从热声声源的分布及热声信号与磁声信号的幅值关系中可见,热声效应在一定程度上会对磁声成像结果产生影响。 

【文章来源】：中国生物医学工程学报. 2020,39(03)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

磁感应式磁声成像原理

使用COMSOL Multiphysics数值仿真软件进行电磁场的计算，模型建立如图2所示。模型的最外层为120 mm×60 mm×120 mm的长方体空气空间，在x=z=0、y=±20 mm处建立半径为40 mm的Helmholtz线圈，线圈中心建立多层电导率不同的椭球模型，其具体构建参数如表1所示。仿真研究磁场的因变量为磁矢量势A，初始值设置为0，加载外部电流作用在Helmholtz线圈上，电流密度为1 A/m2。采用自由剖分四面体网格，全局最大有限单元尺寸为40 mm，最小为1.08 mm;Helmholtz线圈的最大有限元素尺寸为1 mm，最小为0.4 mm;迭代求解器选取GMRES，相对公差设置为0.001。

两块静磁铁提供静磁场，磁场大小为0.26 T。通过信号发生器与门控放大器产生1μs、2.0 k V的单正弦脉冲激励，施加在线圈上产生脉冲磁场。仿体采用电导率为8 000 S/m的圆环形导电橡胶圈，加方形固体耦合剂块。导电橡胶圈的线径为2.03 mm，将橡胶圈微微拉伸成椭圆环，测得长轴、短轴尺寸为41.5和40.4 mm。仿体放置于水槽中的转盘上，由计算机控制步进电机带动旋转，旋转步长为1.8°，进行200个分度总计360°的圆周扫描。超声探头中心频率为1 MHz，信号被探头接收后经过(40+30)dB的两级放大传入采集卡。采样频率为10 MHz，做500次的平均处理。静磁铁配置有滑轨，可以撤出实验区域，实现有静磁场和脉冲磁场的磁声效应实验，无静磁场仅有脉冲磁场的磁热声效应实验。2 结果

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于热吸收分布的热声成像方法研究[J]. 李艳红,刘国强,宋佳祥,夏慧.  中国科学:技术科学. 2019(06)
[2]热声效应对磁声信号的频率影响分析[J]. 周晓青,刘世坤,张鑫山,殷涛,刘志朋.  医疗卫生装备. 2018(01)
[3]磁热声成像的实验研究[J]. 杨延菊,李艳红,刘国强,夏慧,夏正武.  高电压技术. 2017(08)
[4]脉冲磁激励的磁声效应和热声效应的仿真研究[J]. 杨延菊,刘国强,夏正武.  生物医学工程学杂志. 2017(01)
[5]注入式磁声成像中热声效应的初探[J]. 李俊霖,周晓青,殷涛,刘志朋.  生物医学工程研究. 2016(03)



本文编号：3116721