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第一篇 超声检测式磁声成像概论3

第1章 绪论3

1.1 医学成像方法发展概述3

1.2 磁声成像方法概述8

1.2.1 磁声成像方法的发展历程9

1.2.2 磁声成像方法分类11

1.2.3 本书的主要研究内容14

参考文献14

第2章 成像方法原理18

2.1 电磁理论基础18

2.2 声学理论基础19

2.3 激励检测原理20

2.4 成像方法与关键技术研究22

参考文献23

第3章 硬件实验系统25

3.1 电流激励源25

3.1.1 窄脉冲电流激励源26

3.1.2 方波电流激励源35

3.2 激励线圈38

3.3 静磁场产生装置42

3.4 超声信号检测系统48

3.4.1 超声换能器48

3.4.2 超声信号调理模块50

3.5 同步触发控制系统51

3.5.1 同步触发控制系统及采集系统的硬件构成51

3.5.2 同步触发控制系统及采集系统的软件设计53

参考文献55

第二篇 感应式磁声成像研究63

第4章 电磁场正问题研究63

4.1 任意激励信号下的电磁场正问题研究63

4.1.1 本书中对电磁场量的符号约定63

4.1.2 磁准静态近似条件下消去时间项的麦克斯韦方程组65

4.2 一维电磁场正问题研究66

4.2.1 泊松方程及解析解的导出66

4.2.2 亥姆霍兹方程及解析解的导出71

4.2.3 仿真计算与结果分析75

4.3 二维电磁场正问题研究77

4.3.1 二次磁场法78

4.3.2 仿真计算与结果分析79

4.4 三维电磁场正问题研究81

4.4.1 三维瞬态涡流场计算方法——磁矢位-电标位法81

4.4.2 消去时间项的三维电磁场求解方法——电标位法84

4.4.3 电标位法的数值验证仿真计算与结果分析86

4.4.4 电标位法中忽略二次磁场的合理性分析90

4.4.5 电标位法的适用范围93

参考文献94

第5章 声场正问题研究96

5.1 声学均匀介质中的格林函数积分解96

5.1.1 任意声源的格林函数积分解96

5.1.2 任意平面声源的格林函数积分解99

5.1.3 圆盘声源的解析解101

5.2 声场正问题的数值方法107

5.2.1 基于声压-质点振速耦合方程的声场数值方法108

5.2.2 基于位移方程和质点振速方程的声场数值方法109

5.2.3 基于弱形式处理声压波动方程中磁力散度项的声场数值方法110

5.2.4 对边界处的磁力散度项应用散度定理的声场数值方法111

5.3 声场正问题解法的仿真比较111

5.3.1 圆盘声源的解析解和积分解的比较112

5.3.2 声场解析解和数值解的比较113

5.3.3 三种不同方法数值解的比较115

5.4 声学特性非均匀模型正问题数值分析117

参考文献120

第6章 多物理场问题研究121

6.1 电磁场-声场耦合问题121

6.1.1 理论分析122

6.1.2 仿真分析124

6.2 电磁场-固体位移场-声场耦合问题128

6.2.1 轴对称电磁场方程理论分析129

6.2.2 轴对称弹性固体的纳维方程的导出132

6.2.3 轴对称声压波动方程的导出133

6.2.4 仿真分析134

参考文献137

第7章 声场逆问题研究138

7.1 声源的重建方法138

7.1.1 磁力散度声源的时间反演法140

7.1.2 洛伦兹力声源的重建算法143

7.1.3 洛伦兹力势声源的重建算法144

7.2 声场逆问题仿真研究145

7.2.1 基于全扫描的声源重建145

7.2.2 基于有限角度扫描的声源重建150

7.2.3 检测点密度对于重建质量的影响152

7.2.4 三维模型断层面声源重建153

参考文献156

第8章 电磁场逆问题研究158

8.1 一维模型电磁场逆问题158

8.1.1 直接求解法原理公式159

8.1.2 电场迭代法原理公式160

8.1.3 一维模型逆问题的仿真实验与结果分析161

8.2 二维模型电磁场逆问题163

8.2.1 二次磁场-电阻抗重建方法163

8.2.2 二维模型逆问题仿真实验结果165

8.2.3 算法的噪声分析173

8.3 三维电磁场逆问题175

8.3.1 三维代数迭代算法176

8.3.2 三维模型仿真实验178

8.4 基于洛伦兹力的三维电磁场逆问题重建189

8.4.1 电磁场逆问题重建算法189

8.4.2 电导率重建数值仿真分析191

8.5 基于涡流场有旋分量的电导率重建方法194

8.5.1 重建算法194

8.5.2 二维模型验证195

8.5.3 二维模型验证197

8.6 实验和图像重建200

8.6.1 实验装置搭建200

8.6.2 实验设计和验证201

参考文献206

第三篇 注入电流式磁声成像研究211

第9章 正问题研究211

9.1 电磁场正问题211

9.1.1 平面模型的电磁场正问题211

9.1.2 轴对称模型的电磁场正问题218

9.2 声场正问题222

9.2.1 圆盘模型的声场解析解222

9.2.2 声场仿真计算224

9.3 基于超声换能器的声场求解225

9.3.1 基于超声换能器响应的声场方程226

9.3.2 仿真结果与讨论226

9.4 固体样品的注入电流式磁声成像研究228

9.4.1 仿真模型设计229

9.4.2 理论分析229

9.4.3 仿真结果分析231

9.5 本章小结237

参考文献238

第10章 逆问题研究239

10.1 声场逆问题的理论分析239

10.1.1 基于维纳滤波反卷积的磁声信号复原239

10.1.2 时间反演法241

10.2 电磁场逆问题的理论分析242

10.2.1 平面模型的电磁场逆问题242

10.2.2 轴对称模型的电磁场逆问题244

10.3 逆问题的仿真计算244

10.3.1 平面模型的仿真计算244

10.3.2 轴对称模型的逆问题仿真计算250

10.4 测量条件对图像重建的影响255

10.4.1 测量位置数目对成像质量的影响255

10.4.2 信噪比对图像重建的影响257

10.4.3 重建图像质量的数值评价259

10.5 基于小波变换的信号处理261

10.5.1 小波函数变换262

10.5.2 小波去噪的原理262

10.5.3 实际信号的小波去噪处理264

10.6 本章小结265

参考文献266

第11章 实验研究267

11.1 磁声信号的实验研究267

11.2 维纳滤波反演法的实验验证271

11.3 实验系统分辨率的验证272

11.3.1 实验的设计272

11.3.2 信号采集和处理273

11.3.3 图像的重建275

11.4 生物组织实验277

11.5 本章小结279

参考文献279

结束语281

索引283