【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于濃度分布圖像重建領域，尤其涉及一種電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法。
技術介紹
1、磁性納米粒子由于其超順磁性和良好的生物相容性，在腫瘤診斷和治療、干細胞活體細胞定量追蹤、納米機器人等納米醫學領域具有廣闊的應用前景，磁性納米粒子成像技術是精準醫療實現的必要影像學方法。目前的磁粒子濃度圖像重建技術有經典磁粒子成像技術、磁聲耦合磁粒子成像技術和磁聲電磁粒子成像技術。經典磁粒子成像技術由于磁性納米粒子的弛豫效應存在時空分辨率瓶頸，2005年，gleich和weizenecker首次公布磁粒子成像裝置，梯度磁場為3.4t/m，交流磁場頻率為25.25khz，振幅為10mt；?2018年，weber等人提出一種基于halbach圓柱體的場發生器，能夠產生振幅30mt、頻率25khz的驅動場和振幅100mt的聚焦場，總功耗約為3.4kw。可見，經典磁粒子成像技術還受限于梯度磁場和交變磁場的電磁激勵，無法廣泛應用。磁聲耦合磁粒子成像方法利用電磁超聲兩場耦合進行成像，通過超聲提高了成像分辨率，但仍存在電磁激勵過大的限制。
2、閆孝姮于2024年1月4日申請的《一種電極檢測式磁聲電磁粒子成像裝置及方法》（申請號：202410008351.0）首次提出電極檢測式磁聲電磁粒子濃度成像方法，是一種基于朗之萬理論和磁聲電效應的新興無創生物醫學磁粒子影像學方法，它利用超聲激勵替代電磁激勵，能有效解決目前現有的磁粒子成像方法電磁激勵過大的問題，拓寬了納米醫學進一步實驗和臨床應用的潛力。目前以電極檢測式磁聲電為基礎的磁性納米粒子
技術實現思路
1、基于以上現有技術的不足，本專利技術所解決的技術問題在于提供一種電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，該方法利用矩量法對數據進行離散，求解虛擬波動場源矩陣，通過電極接收信號和聲場數據信息重建磁性納米粒子濃度信息，具有良好的應用前景。
2、本專利技術提出的一種電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，包括以下步驟：
3、步驟1：設定磁聲電磁性納米粒子的仿真初始條件，待成像區域外均勻設置k個聲源掃描激勵點，針對rk的點聲源激勵，采集檢測電極的電信號，將其離散化轉換為列向量；
4、步驟2：采集rk點聲源激勵下待成像區域內的背景聲場分布，將其離散化為聲場數據矩陣；
5、步驟3：利用步驟1和步驟2中構建的電信號和聲場矩陣方程，求解得到磁性納米粒子的虛擬波動場源分布，其虛擬波動場源分布與磁性納米粒子的濃度分布之間存在直接對應關系；
6、步驟4：獲取互易過程的磁性納米粒子電流密度分布；
7、步驟5：利用步驟3和步驟4的虛擬波動場源分布和電流密度分布，重建磁性納米粒子濃度分布。
8、可選的，在步驟1中，選取n個激勵進行掃描，采集rk位置激勵下的電極電信號數據u(rk,?t)，其中，k=1,?2,……,?n。通過設定的采樣時間對連續信號進行離散化處理，得到電壓列向量u。
9、可選的，在步驟2中，在笛卡爾坐標系中，獲取rk激勵下，背景聲場的振動速度分布φ(r′,?t)，其中r′為成像目標區域xoy平面內的任意一點，得到聲場分布矩陣v。
10、可選的，在步驟3中，在某一點激勵下，聲壓信號u(t)與虛擬波動場源h(r′)、聲場數據φ(r′,?t)的關系為：
11、
12、式中r′為磁性納米粒子區域，在無窮遠邊界條件下，用r處的聲源格林函數表示，r為場點，f?(t?)為初始超聲激勵信號；由于格林函數滿足對稱性，根據矩量法得到任意一點rk激勵下電壓信號與虛擬波動場源、聲場數據的關系為：
13、
14、其中，ωi是目標區域，為聲速，任意時刻t，積分球面直徑為c0t，在這個球面上的點經過時間t將同時到達對應場點rk。轉換為矩陣方程為：
15、
16、其中，v是由聲場數據構成的，u是由采集的電壓數據構成的，h為待求解的虛擬波動場源矩陣。將求解區域的像素點r′i的數量計為a×b?=?o，a表示x方向分割數量，b表示y方向分割數量，則r′i中i?=?1,?2,?3,……,?o。設采樣時間取p個時間點，t0為采樣周期，則：
17、
18、
19、
20、則v為o×np的矩陣，u為1×np的列向量，h為1×o的列向量。運用lsqr法求解電信號u與聲場矩陣v構建的矩陣方程，得到磁性納米粒子的虛擬波動場源h。
21、可選的，在步驟4中，互易過程指在檢測電極處向待成像組織注入單位電流，求解磁性納米粒子的電流密度分布j2。
22、可選的，在步驟5中，成像區域為xoy平面，磁性納米粒子濃度分布n(x,?y)與虛擬波動場源分布h(x,?y)和電流密度j2(x,?y)的關系為：
23、
24、式中m為磁性納米粒子磁矩，ρ為磁性納米粒子密度。求解上述方程得到磁性納米粒子的濃度分布矩陣。
25、由上，本專利技術的一種電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法具有以下優點：
26、本專利技術基于磁粒子的磁聲電效應重建出磁性納米粒子的濃度分布，通過采集電極電信號和磁性納米粒子區域的振動速度數據構建矩陣方程，采用lsqr方法求解得到虛擬波動場源，再利用互易電流密度分布數據計算磁性納米粒子濃度分布，提出的重建方法設計靈活，求解過程簡單，可根據實際采用和分割情況自動調整數據維度，適用于不同激勵個數的磁粒子濃度圖像重建，具有廣泛的應用前景。
27、上述說明僅是本專利技術技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本專利技術的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本專利技術的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下結合優選實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
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1.一種電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，其特征在于，在步驟1中，電極逐步采集在任意一點rk激勵下的電信號數據u(rk,?t)，設定采樣時間對連續信號進行離散化處理，得到磁粒子電壓列向量U。
3.如權利要求1所述的電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，其特征在于，在步驟2中，獲取rk激勵下的背景聲場的振動速度分布φ(r′,?t)，其中r′為成像目標區域的任意一點，將成像目標區域運用矩量法，離散化為聲場分布矩陣V。
4.如權利要求1所述的電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，其特征在于，在步驟3中，某一點激勵下的聲壓信號與虛擬波動場源、聲場數據的關系為：
5.如權利要求1所述的電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，其特征在于，在步驟4中，互易過程為在檢測電極處向待成像組織注入單位電流，求解磁性納米粒子的電流密度分布J2。
6.如權利要求1所述的電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，其特征在于，在步驟5中，磁性納米粒子濃度
...【技術特征摘要】
1.一種電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，其特征在于，在步驟1中，電極逐步采集在任意一點rk激勵下的電信號數據u(rk,?t)，設定采樣時間對連續信號進行離散化處理，得到磁粒子電壓列向量u。
3.如權利要求1所述的電極檢測式磁聲電磁粒子濃度圖像重建方法，其特征在于，在步驟2中，獲取rk激勵下的背景聲場的振動速度分布φ(r′,?t)，其中r′為成像目標區域的任意一點，將成像目標區域運用矩量法，離散...
【專利技術屬性】
技術研發人員：閆孝姮，侯瀟涵，陳偉華，徐英鍔，付吉顥，楊飛霞，曹媛，
申請(專利權)人：遼寧工程技術大學，
類型：發明
國別省市：
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