Magnetoacoustic tomography with magnetic induction for low conductivity objects

• Autorzy: Cichoń-Bańkowska K. , Ziółkowski M. , Gratkowski S. , Stawicki K. , Brykalski A. , Szymanik B. , Żywica A.

Warianty tytułu

PL

Tomografia magnetoakustyczna ze wzbudzeniem indukcyjnym do badania obiektów o niskiej konduktywności

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a new promising non-invasive electrical conductivity imaging method of low-conductivity objects (e.g. biological tissues), called Magneto-Acoustic Tomography with Magnetic Induction (MAT-MI). The described method combines ultrasound and magnetism into one unified hybrid technique. The object is placed in a static and a pulsed (μs) magnetic field. The time-varying (pulsed) magnetic field induces eddy currents in the object. Consequently, the object emit ultrasonic waves through the Lorentz force produced by the combination of the eddy current and the static magnetic field. The ultrasonic waves are then collected by the detectors located around the object for image reconstruction. MAT-MI combines the good contrast of Electrical Impedance Tomography (EIT) with the good spatial resolution of sonography. The aim of this paper is a review of theoretical studies of MAT-MI and discussion of possible future research directions.

PL

W pracy opisano nową obiecującą metodę nieinwazyjnego obrazowania przewodności elektrycznej obiektów słabo przewodzących (np. tkanek biologicznych) zwaną tomografią magnetoakustyczną ze wzbudzeniem indukcyjnym (ang. Magneto-Acoustic Tomography with Magnetic Induction – MAT-MI). Prezentowana metoda jest techniką hybrydową i łączy badania ultradźwiękowe z magnetyzmem. Badany obiekt umieszczony jest w statycznym oraz impulsowym (μs) polu magnetycznym. Zmienne pole magnetyczne indukuje w nim prądy wirowe. W wyniku działania sił Lorentza powstałych dzięki interakcji prądów wirowych oraz statycznego pola magnetycznego, obiekt będzie emitował fale ultradźwiękowe. Fale te są odbierane przez detektory umieszczone wokół obiektu. Metoda MAT-MI łączy dobry kontrast elektrycznej tomografii impedancyjnej (ang. Electrical Impedance Tomography – EIT) z dobrą rozdzielczością przestrzenną metody ultradźwiękowej. Celem niniejszej pracy jest przegląd badań teoretycznych metody MAT-MI oraz dyskusja przyszłych kierunków badawczych.

Słowa kluczowe

EN

magnetoacoustic tomography; magnetic induction; conductivity imaging of biological structures

PL

tomografia magnetoakustyczna; wzbudzenie indukcyjne; obrazowanie konduktywności struktur biologicznych

• Wydawca: Jacek Doskocz
• Czasopismo: Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 20, nr 4
• Strony: 187--192
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Cichoń-Bańkowska K.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Elektryczny, Katedra Zastosowań Informatyki, 70-313 Szczecin, ul. Sikorskiego 37

autor

Ziółkowski M.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki, 70-313 Szczecin, ul. Sikorskiego 37

autor

Gratkowski S.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki, 70-313 Szczecin, ul. Sikorskiego 37

autor

Stawicki K.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki, 70-313 Szczecin, ul. Sikorskiego 37

autor

Brykalski A.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Elektryczny, Katedra Zastosowań Informatyki, 70-313 Szczecin, ul. Sikorskiego 37

autor

Szymanik B.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki, 70-313 Szczecin, ul. Sikorskiego 37

autor

Żywica A.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki, 70-313 Szczecin, ul. Sikorskiego 37

Bibliografia

• [1] H. Grifftihs: Magnetic induction tomography, Measurement Science and Technology, vol. 12, 2001, s. 1126–1131.
• [2] Q. Ma, B. He: Magnetoacoustic Tomography With Magnetic Induction: A Rigorous Theory, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 55(2), 2008, s. 813–816.
• [3] M. Blank: Electromagnetic Fields: Biological Interactions and Mechanisms, Plenum Press, 1988.
• [4] O.T. Inan: Interactions of Electromagnetic Waves with Biological Tissue, dostępne pod adresem:personal.stevens.edu/~bmcnair/.../Class%2012.pdf.
• [5] X. Li, L. Mariappan, B. He: Three-Dimensional Multiexcitation Magnetoacoustic Tomography with Magnetic Induction, Journal of Applied Physics, vol. 108, 2010, s. 124702.
• [6] G. Hu, E. Cressman, B. He: Magnetoacoustic imaging of human liver tumor with magnetic induction, Applied Physics Letters, vol. 98, 2011, 023703.
• [7] M.I. Salim, E. Supriyanto, J. Haueisen, I. Ariffin, A.H. Ahmad, B. Rosidi: Measurement of Bioelectric and Acoustic Profile of Breast Tissue Using Hybrid Magnetoacoustic Method for Cancer Detection, Medical & Biological Engineering & Computing, 2013, s. 459–466.
• [8] H. Ammari, P. Grasland-Mongrain, P. Millien, L. Seppecher, J.K. Seo: A Mathematical and Numerical Framework for Ultrasonically-Induced Lorentz Force Electrical Impedance Tomography, ERC Advanced Grant Project MULTIMOD-267184, 2014.
• [9] X. Li, X. Li, S. Zhu, B. He: A Simulation Study of Two Dimensional Magnetoacoustic Tomography with Magnetic Induction, Proceedings of NFSI & ICFBI 2007.
• [10] G. Hu., X. Li, B. He: Imaging Biological Tissues with Electrical Conductivity Contrast Below 1 S m-1 by Means of Magnetoacoustic Tomography with Magnetic Induction, Applied Physical Letters, vol. 97, 2010, 103705.
• [11] G. Hu, B. He: Magnetoacoustic Imaging of Electrical Conductivity of Biological Tissues at a Spatial Resolution Better than 2mm, Plos One, vol. 6(8), 2011.
• [12] R. Pałka, S. Gratkowski, K. Stawicki, P. Baniukiewicz: The Forward and Inverse Problems in Magnetic Induction Tomography of Low Conductivity Structures, Engineering Computations, vol. 26(8), 2009, s. 897–910.
• [13] Y. Xu, B. He: Magnetoacoustic tomography with magnetic induction, Physics in Medicine and Biology, vol. 50, 2005, s. 5175–5187.
• [14] H. Xia , G. Liu, L. Jiang, Y. Li, Y. Zhang, S. Li: Imaging Method of New Magneto-acoustic Impedance Tomography with Magnetic Induction, International Journal of Sports Science and Engineering, vol. 3(3), 2009, s. 140–144.
• [15] S. Gratkowski, K. Stawicki, M. Ziolkowski: Asymptotic Boundary Conditions for Finite Element Analysis of 2D and 3D Electrical field Problems, CEFC - 15th.