基于微波热声层析成像定量重建生物组织电导率的改进方法

目的 生物电磁学参数中的电导率与组织的功能性信息直接相关，精准重建生物组织电导率在医学成像技术和医学诊断领域中有着重要意义。本文改进定量微波热声层析成像（microwave-induced thermoacoustic tomography，MTAT）算法，使组织电导率的重建精度提高。方法 本文在利用有限元离散法求解热声波动方程和亥姆霍兹方程的基础之上，提出了一种基于正则化牛顿迭代法（regularized Newton iteration method，RNIM）定量重建组织电导率的改进方法。结果 通过数值模拟实验和含不同浓度NaCl溶液的仿体实验，验证了算法改进的有效性。组织仿体实验结果表明，目标在不同位置、不同大小、不同对比度情况下，相比于定量微波热声层析成像采用拟合（fitting）的方法，采用正则化牛顿法定量重建的仿体电导率相对误差明显降低，重建目标精度提高。在仿体实验中采用RNIM方法重建相同浓度的单目标在不同位置的电导率变化幅度更小，以及重建多目标电导率的相对比值与实际更接近，实验结果验证了改进方法的稳定性。结论 研究结果表明优化算法能更加准确地定量重建组织仿体的电导率，这对于肿瘤的定位和分期的早期筛查及精准诊疗，预防疾病恶化具有重要意义。