一種磁熱聲成像方法及其成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種磁熱聲成像方法及其成像系統(tǒng)，通過為導電物體(7)施加線性頻率調(diào)制的磁場，在導電物體(7)內(nèi)部產(chǎn)生感應電場，進而產(chǎn)生焦耳熱，激發(fā)導電物體(7)熱彈性的超聲信號，檢測超聲信號，利用聲場和電磁場逆問題重建得到電導率分布圖像。應用該方法的磁熱聲成像系統(tǒng)包括激勵模塊、檢測模塊、水槽、控制模塊和上位機，其中激勵模塊主要由信號發(fā)生裝置、功率放大器和激勵線圈組成；檢測模塊主要由超聲換能器、信號調(diào)理電路和信號采集電路組成；控制模塊對運動控制、激勵源控制、采集控制和圖像重建的控制，由上位機用于實現(xiàn)圖像重建功能和控制模塊的控制功能。
【專利說明】一種磁熱聲成像方法及其成像系統(tǒng)

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種成像方法及其成像系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前傳統(tǒng)電阻抗成像技術(shù)的靈敏度和空間分辨率不高，主要因為電阻抗成像通常 采用頻率較低的電磁波作為激勵，由于波長遠遠大于成像體，導致電磁場探測對比度高，但 分辨率低。毋庸置疑，單一場都有其物理局限性。因此多物理場成像技術(shù)受到越來越多的 關注，即將一種物理場作用于生物組織，轉(zhuǎn)換為另一種物理場進行檢測，由一種物理場提供 分辨的率，另一種物理場提供對比度，實現(xiàn)對比度和分辨率的同時提高。電磁場和超聲相結(jié) 合多物理場成像技術(shù)正是考慮到電磁場對人體組織電導率的高對比度和超聲波探測的高 分辨率特性，成為人們的研宄熱點，磁熱聲成像作為一種新型的多物理場成像技術(shù)最近一 年受到重視。
[0003] 磁熱聲成像是由新加坡南洋理工大學在2013年首次提出的新型的電阻抗成像方 法，他的是通過對導電物體施加低于20MHz的交變磁場，在導電物體內(nèi)部產(chǎn)生感應電場，進 而產(chǎn)生焦耳熱，激發(fā)熱彈性的聲信號，檢測聲信號進行成像。該方法是一種以交變磁場作為 激勵源，基于生物組織內(nèi)部焦耳熱吸收率的差異，以超聲作為信息載體的無損生物醫(yī)學影 像技術(shù)。與微波熱聲成像技術(shù)相比，激勵源的頻率降低，可以深入到導電體的更深處，這可 能會使磁熱聲圖像擴展到人體組織的深層，但目前的成像方法檢測靈敏度低，而且還沒有 任何報道有關重建電導率的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)檢測靈敏度低的缺點，提出一種新的磁熱聲成像方 法和成像系統(tǒng)。本發(fā)明可以提高檢測靈敏度。
[0005] 本發(fā)明方法基于磁熱聲成像原理，通過對導電物體施加線性頻率調(diào)制或偽隨機編 碼的激勵電流，在導電物體內(nèi)部產(chǎn)生感應電場，進而產(chǎn)生焦耳熱，激發(fā)導電物體熱彈性的超 聲信號。通過檢測所述的超聲信號，并利用脈沖壓縮技術(shù)或相關處理技術(shù)實現(xiàn)接收的超聲 信號的解調(diào)，提高磁熱聲成像系統(tǒng)檢測信號的信噪比，最后利用聲場和電磁場逆問題重建 得到電導率分布圖像。本發(fā)明與微波熱聲成像方法相比，使用的激勵源的頻率降低，頻率范 圍可以在0. IMHz-lOOMHz的范圍內(nèi)進行成像，因此可以深入到導電物體的更深處。
[0006] 本發(fā)明磁熱聲成像方法中的激勵電流采用調(diào)制方式，調(diào)制后的激勵電流通過激勵 線圈作用到導電物體上，然后利用相關檢測或脈沖壓縮檢測方式實現(xiàn)對超聲信號的檢測， 檢測到的超聲信號首先求得熱源分布，然后利用熱源分布再進行電導率的重建。在熱源分 布的求解過程中采用時間反演法時間重建熱源分布，然后利用采用基于標量電位的電導率 重建法實現(xiàn)電導率重建。
[0007] 所述的激勵線圈內(nèi)加載的激勵電流為線性調(diào)頻信號時，波形可以表示為：

【權(quán)利要求】
1. 一種磁熱聲成像方法，其特征在于，所述的成像方法通過為導電物體（7)施加線性 頻率調(diào)制的磁場，在導電物體（7)內(nèi)部產(chǎn)生感應電場，進而產(chǎn)生焦耳熱，激發(fā)導電物體（7) 熱彈性的超聲信號，檢測超聲信號，利用聲場和電磁場逆問題重建得到電導率分布圖像。
2. 按照權(quán)利要求1所述的磁熱聲成像方法，其特征在于，所述的成像方法利用超聲換 能器接收超聲信號，接收到的信號通過時域卷積法或頻率域卷積法實現(xiàn)超聲信號的解調(diào)； 利用時域卷積法進行解調(diào)時，通過對接收到的超聲信號與匹配濾波器脈沖響應求卷積實 現(xiàn)，利用頻率域卷積方法則利用傅里葉變換的性質(zhì)，時域的卷積相當于頻率相乘原理實現(xiàn)； 解調(diào)后的超聲信號中因為含有與電導率相關的信息，因此對解調(diào)的超聲信號進行導電物體 的電導率重建；重建的過程如下：從被解調(diào)出的超聲信號中首先得到熱源分布，利用熱源 分布再進行電導率的重建，在熱源分布的求解過程中采用時間反演法實現(xiàn)熱源分布的重 建，然后采用基于標量電位的電導率重建法實現(xiàn)電導率重建； 所述基于標量電位的電導率重建法如下： 首先導出剝離時間項的標量電位所滿足的非線性泊松方程：
和邊界條件： --(V^+4)L=O 其中，S(X，y,z)為導電物體在（X，y,z)坐標處的熱函數(shù)，Al為一次矢量磁位，Al通過 電流激勵參數(shù)計算得出；在上述非線性泊松方程中只有標量電位Φ是未知量，編制上述方 程的有限元程序，獲得標量電位，進一步獲得電場強度分布，從而從熱函數(shù)中重建出電導率 分布，實現(xiàn)導電物體的電導率重建。
3. 應用權(quán)利要求1所述的磁熱聲成像方法的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的成像系統(tǒng) 主要包括激勵模塊、檢測模塊、水槽（4)和控制模塊；所述的激勵模塊和檢測模塊分別與控 制模塊電連接，所述的激勵模塊和控制模塊位于水槽（4)外，導電物體位于水槽（4)內(nèi)；所 述的激勵模塊主要由信號發(fā)生裝置（2)、功率放大器（1)和激勵線圈（5)組成，信號發(fā)生裝 置（2)連接功率放大器（1)，功率放大器（1)連接激勵線圈（5)。
4. 按照權(quán)利要求3所述的磁熱聲成像方法的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的激勵模塊 包括供電電路、任意信號發(fā)生器、PWM調(diào)制、隔離驅(qū)動電路、開關管電路、控制端和保護電路； 所述的供電電路分別連接PWM調(diào)制、隔離驅(qū)動電路和開關管電路，所述的控制端連接供電 電路和任意信號發(fā)生器；所述的保護電路中的過流保護電路和欠壓檢測電路連接在開關管 電路上。
5. 按照權(quán)利要求3所述的磁熱聲成像方法的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的激勵線圈 (5)內(nèi)加載的激勵電流為線性調(diào)頻信號，或者選擇偽隨機編碼方式；當采用偽隨機編碼方 式時，超聲探頭接收到超聲信號，利用頻率域相關檢測方法對接收到的超聲信號進行解調(diào)， 實現(xiàn)信號的檢測。
【文檔編號】A61B5/053GK104434101SQ201410771539
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月14日
【發(fā)明者】夏慧, 劉國強, 夏正武, 李士強, 楊延菊, 劉宇 申請人:中國科學院電工研究所