一种基于主动探测的磁声成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于主动探测的磁声成像方法及系统，其中，所述基于主动探测的磁声成像方法通过对激励线圈施加低频窄带激励信号，产生动态磁场；位于静态磁场中的目标物体在动态磁场和静态磁场的作用下产生洛伦兹力，并在洛伦兹力的作用下产生振动位移信号；之后通过多通道数据采集模块对振动位移信号进行主动探测，根据目标物体反馈的回波信号分析目标物体各质点的振动位移及振速信息；之后根据振动位移及振速信息重建目标物体的电导率分布图像。采用低频窄带激励信号大大降低了激励源设计要求，节约成像装置成本，对目标物体的位移信号进行主动探测和分析，有效避免了被动检测声信号低信噪比的限制，提高了采集效率及图像重建效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于主动探测的磁声成像方法及系统
本专利技术涉及医疗
，特别涉及基于主动探测的磁声成像方法及系统。
技术介绍
癌症已成威胁人类健康的首要杀手。肿瘤机理研究表明，在肿瘤的发展过程中，血管新生会导致组织电导率变化。因而，测量组织电导率对于疾病的早期无创诊断具有重要应用价值。磁声耦合成像是一种新型无创生物组织电特性功能成像技术，根据激励方式不同可分为注入电流式磁声耦合成像与感应式磁声耦合成像。感应式磁声耦合成像的原理图如图1所示，其主要原理是将目标体置于静态磁场B0中，使用激励线圈代替驱动电极，对激励线圈施加高压脉冲电流J(t)产生脉冲磁场B(t)，脉冲磁场使目标体内产生感应电流密度J，感应电流密度J在静磁场B0作用下产生洛伦兹力FL，继而产生振动，激发出超声波，通过声换能器检测目标体四周的声波信号，这种使用单振元超声传感器接收声信号，都是属于被动探测，即生物组织受洛伦兹力后激发出超声波，经介质(一般为水)中传播出去，利用声传感器接收声波信号后转为电信号，以重建出目标体电导率分布图像，但该方式还存在许多问题。首先，感应式磁声耦合成像通常采用μs级窄脉冲进行激励，受换能器工作频率范围限制，换能器能接收到的声信号能量有限，致使脉冲能量转换率不高；其次，换能器产生的电信号能量来自由洛伦兹力激发的微弱振动传播了几十毫米的声波，故此被动式接收的磁声信号微弱。为了提高对于弱导电的人体组织的灵敏度，已经发表的实施方法通常采用kV级高电压激励来提高感应电流密度J的强度，另外，微弱的磁声信号也易于受到高频空间电磁场耦合干扰，限制了成像质量；且声传感器接收到的声波信号是所有路径声波信号的积分和，外界噪声也混入其中，导致信号信噪比低(故要做放大滤波)，重建难度增大；同时采用单振元换能器和单通道系统接收磁声信号，令每次对线圈作脉冲激励后只能采集单一空间点的磁声信号，为了形成一帧二维图像，需要采用机械扫描装置带动单振元换能器于每一个像素采集数据，加上上述的灵敏度问题，采用重复多次激励采集信号来提高信噪比，导致采集时间长，目标体需要长时间暴露在脉冲磁场区域才能采集足够多的数据用以成像，且存在一定安全性问题。并且，由于超声探头所要检测的超声波频率与激励磁场B(t)频率相同，因此，超声探头会受到来自激励线圈的不可避免的直接电磁干扰，此干扰信号与样品因受洛伦兹力机制所产生的信号无关，为了部分减少电磁干扰，探头可以放置在与感应线圈和样品更远的距离处，但这种做法同时也降低了灵敏度和信噪比因而现有技术还有待改进和提高。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种基于主动探测的磁声成像方法及系统，采用低频窄带激励信号大大降低了激励源设计要求，节约成像装置成本，同时采用多通道数据采集模块对目标物体的位移信号进行主动探测和分析，有效避免了被动检测声信号低信噪比的限制，提高了采集效率及图像重建效果。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种基于主动探测的磁声成像方法，其包括如下步骤：A、对激励线圈施加低频窄带激励信号，产生动态磁场；B、位于静态磁场中的目标物体在动态磁场和静态磁场的作用下产生洛伦兹力，并在洛伦兹力的作用下产生振动位移信号；C、通过多通道数据采集模块对所述振动位移信号进行主动探测，根据目标物体反馈的回波信号分析目标物体各质点的振动位移及振速信息；D、根据所述振动位移及振速信息重建目标物体的电导率分布图像。所述的基于主动探测的磁声成像方法中，所述步骤C包括步骤：C1、由多通道数据采集模块向目标物体发射探测平面波，并采集目标物体的超声回波信号；C2、根据所述超声回波信号计算目标物体各质点的振动位移及振速信息。所述的基于主动探测的磁声成像方法中，所述步骤C1具体包括：由彼此成预设角度的超声探头沿各自的波束反向交替向目标物体发射探测平面波，并采集目标物体的超声回波信号。所述的基于主动探测的磁声成像方法中，所述步骤C2包括步骤：C21、对超声回波信号原始数据做波速合成得到超声射频信号；C22、对所述超声射频信号做希尔伯特变换后得到其正交分量信号；C23、对所述正交分量信号做互相关计算，并将互相关系数极大值点处的位移除以相邻两帧数据间的时间间隔，得到对应于目标物体的相对平均移动速度；C24、对所述相对平均移动速度做时间积分计算出目标物体各质点的振动位移。所述的基于主动探测的磁声成像方法中，所述步骤D包括：D1、根据位移控制方程以及目标物体各质点的振动位移得出洛伦兹力的值；D2、根据洛伦兹力的值和当前磁场的总磁通密度计算电流密度；D3、根据所述电流密度和当前激励线圈提供的电场强度得出电导率分布图像。所述的基于主动探测的磁声成像方法中，所述位移控制方程为其中G为目标物体的剪切模量；υ为目标物体的泊松比；u为振动位移；ρ为目标物体的密度，f为洛伦兹力。所述的基于主动探测的磁声成像方法中，所述总磁通密度为静态磁场的磁通密度和动态磁场的磁通密度的矢量叠加。所述的基于主动探测的磁声成像方法中，所述低频窄带激励信号为低频连续正弦信号。一种基于主动探测的磁声成像系统，其包括：激励线圈；信号发生器，用于对所述激励线圈施加低频窄带激励信号，产生动态磁场；静磁场模块，用于提供静态磁场；多通道数据采集模块，用于对目标物体产生的振动位移信号进行主动探测，根据探测信号分析目标物体各质点的振动位移及振速信息；重建模块，用于根据所述振动位移及振速信息重建目标物体的电导率分布图像。所述的基于主动探测的磁声成像系统中，所述多通道数据采集模块为多通道超声换能器。相较于现有技术，本专利技术提供的基于主动探测的磁声成像方法及系统中，所述基于主动探测的磁声成像方法通过对激励线圈施加低频窄带激励信号，产生动态磁场；之后位于静态磁场中的目标物体在动态磁场和静态磁场的作用下产生洛伦兹力，并在洛伦兹力的作用下产生振动位移信号；之后通过多通道数据采集模块对所述振动位移信号进行主动探测，根据目标物体反馈的回波信号分析目标物体各质点的振动位移及振速信息；之后根据所述振动位移及振速信息重建目标物体的电导率分布图像。采用低频窄带激励信号大大降低了激励源设计要求，节约成像装置成本，同时采用多通道数据采集模块对目标物体的位移信号进行主动探测和分析，有效避免了被动检测声信号低信噪比的限制，提高了采集效率及图像重建效果。附图说明图1为现有技术中磁声耦合成像的原理图。图2为本专利技术提供的基于主动探测的磁声成像方法的流程图。图3为本专利技术提供的基于主动探测的磁声成像方法的原理图。图4为本专利技术提供的基于主动探测的磁声成像系统的结构框图。具体实施方式鉴于现有技术，感应式磁声耦合成像采用的高压输出宽带脉冲激励方式存在的设计难度、低灵敏度和安全性等缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于主动探测的磁声成像方法及系统，采用低频窄带激励信号大大降低了激励源设计要求，节约成像装置成本，同时采用多通道数据采集模块对目标物体的位移信号进行主动探测和分析，直接检测洛伦兹力产生的震动，有效避免了被动检测声信号低信噪比的限制，提高了采集效率及图像重建效果。为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于主动探测的磁声成像方法，其特征在于，包括如下步骤：A、对激励线圈施加低频窄带激励信号，产生动态磁场；B、位于静态磁场中的目标物体在动态磁场和静态磁场的作用下产生洛伦兹力，并在洛伦兹力的作用下产生振动位移信号；C、通过多通道数据采集模块对所述振动位移信号进行主动探测，根据目标物体反馈的回波信号分析目标物体各质点的振动位移及振速信息；D、根据所述振动位移及振速信息重建目标物体的电导率分布图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于主动探测的磁声成像方法，其特征在于，包括如下步骤：A、对激励线圈施加低频窄带激励信号，产生动态磁场；B、位于静态磁场中的目标物体在动态磁场和静态磁场的作用下产生洛伦兹力，并在洛伦兹力的作用下产生振动位移信号；C、通过多通道数据采集模块对所述振动位移信号进行主动探测，根据目标物体反馈的回波信号分析目标物体各质点的振动位移及振速信息；D、根据所述振动位移及振速信息重建目标物体的电导率分布图像。2.根据权利要求1所述的基于主动探测的磁声成像方法，其特征在于，所述步骤C包括步骤：C1、由多通道数据采集模块向目标物体发射探测平面波，并采集目标物体的超声回波信号；C2、根据所述超声回波信号计算目标物体各质点的振动位移及振速信息。3.根据权利要求2所述的基于主动探测的磁声成像方法，其特征在于，所述步骤C1具体包括：由彼此成预设角度的超声探头沿各自的波束反向交替向目标物体发射探测平面波，并采集目标物体的超声回波信号。4.根据权利要求3所述的基于主动探测的磁声成像方法，其特征在于，所述步骤C2包括步骤：C21、对超声回波信号原始数据做波速合成得到超声射频信号；C22、对所述超声射频信号做希尔伯特变换后得到其正交分量信号；C23、对所述正交分量信号做互相关计算，并将互相关系数极大值点处的位移除以相邻两帧数据间的时间间隔，得到对应于目标物体的相对平均移动速度；C24、对所述相对平均移...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱建庭，何瑶瑶，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44