一种基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法技术方案

本发明专利技术属于医学成像技术领域，具体提供了一种基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法，脉冲生成模块、雷达天线模块、信号处理模块、体动校准模块及扫描模块。首先通过雷达天线模块将超带宽频段波发射至人体头部表面,然后采集反射回来的雷达信号，信号处理模块通过分析反射回来的雷达信号对体动信号波形进行提取并做相关性分析，体动校准模块用于根据所述体动信号中的位移信息进行校准去伪影，最终扫描模块通过设置的波形信号的预设时间点触发成像的扫描，实时对目标对象进行追踪导航扫描以重建目标成像。不需要当前各种磁共振系统中的各种捆绑在头部的方式，因而非常方便医生及病人的操作，使用更为灵活，且成本低，安装使用方便。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法
本专利技术属于医学成像
，具体涉及一种基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法。
技术介绍
在磁共振系统的扫描仪的扫描过程中，为了重建清晰的图像，往往在较长的扫描时间内，扫描仪重复发射一系列射频脉冲序列，再通过叠加的方式重建一幅图像，而且需要在扫描过程中，要求成像对象始终保持静止状态。当前磁共振系统会采用摄像头与贴标记，通过图像识别方式来跟踪志愿者体部运动特征，以此作为成像对象高质量图像的矫正。有前瞻性矫正也有回顾式矫正，但是这种跟踪标记摆位麻烦而且在原有生理信号检测设备上要额外增加成本。因此，开发非接触式、免摆位、方便病人及医生操作且价格更为低廉的体动信号采集装置，使之服务于体动导航系统，就显得尤为迫切。此外，对头部，足部等部位进行高分辨成像时，不光需要通过门控触发得到无伪影的图像，还需要通过导航做无伪影的电影等动态成像。而体动信号门控技术的关键在于准确的体动信号的采集。目前还没有任何一家公司使用超带宽来采集体动信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中头部磁共振扫描头像分辨率低的问题。为此，本专利技术提供了一种基于超带宽雷达的导航体动成像系统，脉冲生成模块、雷达天线模块、信号处理模块、体动校准模块及扫描模块；所述脉冲生成模块用于生成纳米脉冲波，并将所述纳米脉冲波调制成超带宽频段波；所述雷达天线模块包括天线发射单元及天线接收模块，所述天线发射单元用于将所述超带宽频段波发射至目标对象并发生反射，所述天线接收模块用于接收从目标对象处反射回来的反射波；所述信号处理模块用于对所述反射波进行调解数字化后与所述超带宽频段波做相关性分析，最终得到体动信号；所述体动校准模块用于根据所述体动信号中的位移信息进行校准去伪影；所述扫描模块用于根据去伪影后的体动信号实时对目标对象进行追踪导航扫描以重建目标成像。优选地，所述纳米脉冲波采用伪随机M序列码形式的单冲击脉冲波。优选地，所述系统还包括信号传输模块，所述信号传输模块用于将所述呼吸信号转换成光信号，并通过有线方式或者中间无线方式传输至所述扫描模块。优选地，所述扫描模块包括MRI、PET、PET-MR或CT。优选地，所述目标对象为人体头部表面。优选地，所述雷达天线模块的脉冲发射端与所述扫描模块的扫描端固定连接。优选地，所述相关性分析具体包括信号识别及信号分离；所述信号识别包括：设发射信号为ST，接收信号为SR，计算它们的相关性，如下式(1)：其中，·为点乘符号，ο为卷积符号，τ为采样时间间隔，t为绝对时间轴，根据相关性得到人体头部各组织层面的位移距离；所述信号分离包括：直接获取放射信号强度最大的组织对应的位移信息即代表了头部运动信号。优选地，脉冲生成模块、雷达天线模块、信号处理模块及体动校准模块分别进行电磁屏蔽处理。本专利技术还提供了一种基于超带宽雷达的导航体动成像方法，包括步骤：S1：生成超带宽频段波并通过雷达天线发射至目标对象形成反射波；S2：对反射波接收并进行调解数字化后与所述超带宽频段波做相关性分析，最终解析得到体动信号；S3：对所述反射波进行调解数字化后与所述超带宽频段波做相关性分析，最终得到体动信号；S4：根据所述体动信号中的位移信息进行校准去伪影；S5：根据去伪影后的体动信号实时对目标对象进行追踪导航扫描以重建目标成像。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的这种基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法，脉冲生成模块、雷达天线模块、信号处理模块、体动校准模块及扫描模块。首先通过雷达天线模块将超带宽频段波发射至人体头部表面,然后采集反射回来的雷达信号，信号处理模块通过分析反射回来的雷达信号对体动信号波形进行提取并做相关性分析，体动校准模块用于根据所述体动信号中的位移信息进行校准去伪影，最终扫描模块通过设置的波形信号的预设时间点触发成像的扫描，实时对目标对象进行追踪导航扫描以重建目标成像。不需要当前各种磁共振系统中的各种捆绑在头部的方式，因而非常方便医生及病人的操作，使用更为灵活，且成本低，安装使用方便。以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法的原理示意图；图2是本专利技术基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法的雷达天线实物图；图3是本专利技术基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法的雷达天线安装示意图；图4是本专利技术基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法的人体头部信号采集波形图；图5是本专利技术基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法的带有屏蔽设计的硬件采集设备安装示意图；图6是本专利技术基于超带宽雷达的导航体动成像系统及方法的采用水膜验证结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本专利技术提供了一种基于超带宽雷达的导航体动成像系统，脉冲生成模块、雷达天线模块、信号处理模块、体动校准模块及扫描模块；所述脉冲生成模块用于生成纳米脉冲波，并将所述纳米脉冲波调制成超带宽频段波；所述雷达天线模块包括天线发射单元及天线接收模块，所述天线发射单元用于将所述超带宽频段波发射至目标对象并发生反射，所述天线接收模块用于接收从目标对象处反射回来的反射波；所述信号处理模块用于对所述反射波进行调解数字化后与所述超带宽频段波做相关性分析，最终得到体动信号；所述体动校准模块用于根据所述体动信号中的位移信息进行校准去伪影；所述扫描模块用于根据去伪影后的体动信号实时对目标对象进行追踪导航扫描以重建目标成像。如图1所示，实现步骤总体描述为:1)首先通过硬件采集模块的电路生成窄波脉冲信号(波长一般为若干纳秒)，然后调制脉冲信号到超带宽频段，通过雷达天线发射出去；2)头部会反射超声波信号，因此雷达系统的天线又负责接收到反射信号；3)硬件采集模块通过解调数字化、去噪、重建等操作，最终得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超带宽雷达的导航体动成像系统，其特征在于：脉冲生成模块、雷达天线模块、信号处理模块、体动校准模块及扫描模块；/n所述脉冲生成模块用于生成纳米脉冲波，并将所述纳米脉冲波调制成超带宽频段波；/n所述雷达天线模块包括天线发射单元及天线接收模块，所述天线发射单元用于将所述超带宽频段波发射至目标对象并发生反射，所述天线接收模块用于接收从目标对象处反射回来的反射波；/n所述信号处理模块用于对所述反射波进行调解数字化后与所述超带宽频段波做相关性分析，最终得到体动信号；/n所述体动校准模块用于根据所述体动信号中的位移信息进行校准去伪影；/n所述扫描模块用于根据去伪影后的体动信号实时对目标对象进行追踪导航扫描以重建目标成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于超带宽雷达的导航体动成像系统，其特征在于：脉冲生成模块、雷达天线模块、信号处理模块、体动校准模块及扫描模块；
所述脉冲生成模块用于生成纳米脉冲波，并将所述纳米脉冲波调制成超带宽频段波；
所述雷达天线模块包括天线发射单元及天线接收模块，所述天线发射单元用于将所述超带宽频段波发射至目标对象并发生反射，所述天线接收模块用于接收从目标对象处反射回来的反射波；
所述信号处理模块用于对所述反射波进行调解数字化后与所述超带宽频段波做相关性分析，最终得到体动信号；
所述体动校准模块用于根据所述体动信号中的位移信息进行校准去伪影；
所述扫描模块用于根据去伪影后的体动信号实时对目标对象进行追踪导航扫描以重建目标成像。


2.根据权利要求1所述的基于超带宽雷达的导航体动成像系统，其特征在于：所述纳米脉冲波采用伪随机M序列码形式的单冲击脉冲波。


3.根据权利要求1所述的基于超带宽雷达的导航体动成像系统，其特征在于：所述系统还包括信号传输模块，所述信号传输模块用于将所述呼吸信号转换成光信号，并通过有线方式或者中间无线方式传输至所述扫描模块。


4.根据权利要求1所述的基于超带宽雷达的导航体动成像系统，其特征在于：所述扫描模块包括MRI、PET、PET-MR或CT。


5.根据权利要求1所述的基于超带宽雷达的导航体动成像系统，其特征在于：所述目标对象为人体头部表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文佳，高军峰，吕文志，韦思宏，邓春平，
申请(专利权)人：南京四十二科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32