【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医学成像，尤其涉及一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置及方法，适用于基于声信号激励、检测电信号的超顺磁性纳米粒子成像方法。
技术介绍
1、磁性纳米粒子在生物医药方向有着广泛的应用，如磁性分离、磁性转染、核酸/蛋白质/病毒等的检测、免疫分析、靶向治疗等。传统磁粒子成像方法通过探测交变磁场刺激下的磁粒子的磁化响应实现对磁粒子的分布、浓度进行成像，然而检测电磁信号易受到激励信号的噪声干扰，影响成像分辨率。闫孝姮于2019年11月4日申请并授权的《一种磁声磁粒子浓度成像装置及成像方法》（专利号：201911067260.x）提出的磁声磁粒子成像方法所需的电磁激励大，因此，寻求一种能避免电磁干扰、更安全、低刺激的磁粒子成像方案受到广泛关注。
2、磁声电成像方法是近些年提出的一种电导率成像的新方法，它利用超声信号激励在静磁场中的组织，检测组织内部产生的感应电动势。y. xu等人在2007年开展了利用电极检测磁声电信号的电阻率成像研究，夏慧于2021年5月11日申请并授权的《一种线圈检测式磁声电成像装置及方法》（专利号：202110509448.6）研究了线圈检测感应电动势成像组织中的电阻率分布。
3、基于磁声电成像方法的优点，本专利技术提出一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置及方法，利用电极对组织中磁粒子形成的电信号进行采集，成像组织中的磁粒子分布。
技术实现思路
1、基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置
2、为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，包括：背景磁场激励装置、声信号激励装置、电信号采集处理装置、激励及扫描控制装置、逆问题图像重构装置；
3、背景磁场激励装置：由一对相同极性永磁体及其对应固定架组成，其中相同极性永磁体平行放置固定在整体成像装置的中心；用以在待成像组织中产生背景磁场，为磁纳米粒子磁化提供磁场。
4、声信号激励装置：包括超声阵列探头和超声触发信号源；用以为待成像组织中提供超声信号，使磁纳米粒子能够完成受迫振动。
5、电信号采集处理装置：包括一对接触采集电极和前端放大处理模块，利用表面电极采集待成像组织中的磁粒子产生的电信号，经过前端放大处理模块后完成采集；用以采集待成像组织中产生的感应电压。
6、激励及扫描控制装置：包括同步激励信号源、笛卡尔机械臂和对应的控制驱动模块，其中机械臂末端执行器部分固定超声阵列探头，对应的控制驱动模块实现对机械臂的平面扫描控制和驱动，同时连接逆问题图像重构装置传输；用以为声信号激励装置和电信号采集处理装置提供同步触发信号，并控制移动声信号激励装置，完成对成像组织的声信号阵列刺激。
7、逆问题图像重构装置：包括主控制上位机和重构算法单元，与电信号采集处理装置和激励及扫描控制装置相连，主控制上位机读取控制激励及扫描控制装置的阵列扫描过程，将采集到的电信号与阵列扫描过程根据重构算法单元反演重建；用以求解电信号得到磁纳米粒子的浓度分布信息，完成对磁纳米粒子的磁声电扫描成像。
8、基于本专利技术提供的电极检测式磁声电磁粒子成像装置，实施电极检测式磁声电磁粒子成像方法，包括以下步骤：
9、步骤1：将含有超顺磁性纳米粒子的成像目标体放置在背景磁场激励装置中，设置激励及扫描控制装置的扫描范围及移动步长信息；
10、步骤2：控制声信号激励装置向含有超顺磁性纳米粒子的待成像组织提供超声信号激励；
11、步骤3：利用电信号采集处理装置获取组织中的磁粒子振动产生的电场信息；
12、步骤4：通过激励及扫描控制装置变换超声激励装置刺激点，重复步骤2-3，对成像组织进行阵列扫描；
13、步骤5：由逆问题图像重构装置完成待成像组织中的磁纳米粒子分布成像。
14、进一步的，所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像方法为：受背景磁场b0的刺激，待成像目标体内超顺磁性纳米粒子磁化产生磁矩m，超声激励装置向组织中的超顺磁性纳米粒子提供振动速度势；在粒子振动与背景磁场的作用下形成感应电场，由待成像目标体中磁粒子的电导率产生等效电流源，同时磁粒子磁矩m随粒子振动而变化形成感应磁场；采集随时间变化的等效电流源与感应磁场对应的电信号，利用重建算法重建待成像目标体中的磁纳米粒子分布情况；所述的感应电信号强度，与成像目标体内超顺磁性纳米粒子的电导率分布、介电常数分布、背景磁场模值大小、磁导率分布、超声振动势大小和超顺磁性纳米粒子磁矩、浓度等有关。
15、所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像方法，根据磁粒子振动和静磁场以及电导率分布确定电流密度js=σv×b0，由磁声电耦合过程得到感应电场e1与磁纳米粒子在背景磁场中的磁矩m、感应磁场h1和电流密度js满足以下方程：
16、
17、边界条件为：
18、
19、其中，m为磁纳米粒子在背景磁场b0中的磁矩，与磁粒子的数量浓度相关，，μ为对应磁导率分布，σ为组织内的电导率分布，a1为交变磁场对应的磁矢势，u为电极检测得到的电压。在求解公式（1）及边界条件（3）的方程组时，利用磁纳米粒子的磁声电的互易过程：电信号激励和声信号接收即注入式磁声磁粒子成像过程，推导互易磁矩与互易电流密度分布的关系，求解感应电动势的解析数值；所述的磁纳米粒子磁声电的互易过程为电极注入单位电流，求解其电流密度分布与磁纳米粒子的磁矩、感应磁场的关系，最后与振动速度势、静磁场等数据的积分得到感应电动势的解析数值。
20、所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像方法，考虑磁纳米粒子的高电导率特性和磁特性构建的磁声电正问题方程，其中，高电导率特性表示在交变磁场b1及其对应的磁矢势a1不可忽略上，磁特性表示在磁纳米粒子受背景磁场磁化得到的磁矩m随粒子的受迫振动形成的源。
21、在一些优选的实施方式里，所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像方法，应用在笛卡尔坐标系中，背景磁场方向为x方向，超声激励在目标组织中形成的速度方向为z方向，电极检测板放置在目标组织的y方向；利用超声激励装置对待成像组织的xoy平面进行扫描成像。
22、本专利技术的特点及有益效果：
23、本专利技术的主要创新在于采用电极检测式磁声电成像理论对磁粒子进行成像，对比线圈检测式磁声电磁粒子成像的过程，充分考虑了磁纳米粒子的电磁特性，对磁粒子组织中的场源项进行分析，构建了磁粒子浓度、成像组织的磁导率μ和电导率σ与电信号的理论关系，与线圈检测式相比，提高了检测信号的大小，降低了干扰噪声对系统的影响，使用超声激励比电磁激励对人体的刺激与损伤更小、更可控、更安全，具有广泛的研究应用价值。
24、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，其特征在于，所述的背景磁场激励装置由一对相同极性永磁体及其对应固定架组成，其中相同极性永磁体平行放置固定在整体成像装置的中心。
3.根据权利要求1所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，其特征在于，所述的声信号激励装置包括超声阵列探头和超声触发信号源，其中超声阵列探头连接超声触发信号源。
4.根据权利要求1所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，其特征在于，所述的电信号采集处理装置包括一对接触采集电极和前端放大处理模块，利用表面电极采集待成像组织中的磁粒子产生的电信号，经过前端放大处理模块后完成采集。
5.根据权利要求1所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，其特征在于，所述的激励及扫描控制装置包括同步激励信号源、笛卡尔机械臂和对应的控制驱动模块，其中机械臂末端执行器部分固定超声阵列探头，对应的控制驱动模块实现对机械臂的平面扫描控制和驱动，同时连接逆问题图像重构装置传输。
6.根据权利要求1所述的
7.一种电极检测式磁声电磁粒子成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像方法，其特征在于，受背景磁场的刺激，待成像目标体内超顺磁性纳米粒子产生磁化响应信号，超声激励装置向组织中的超顺磁性纳米粒子提供振动速度；在粒子振动与背景磁场的作用下形成感应电场，由待成像目标体中磁粒子的电导率产生等效电流源，同时磁粒子磁矩随粒子振动而变化形成感应磁场；采集随时间变化的等效电流源与感应磁场对应的电信号，利用重建算法重建待成像目标体中的磁纳米粒子分布情况。
9.根据权利要求7所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像方法，其特征在于，由磁声电耦合过程得到感应电场E1与磁纳米粒子在背景磁场B0中的磁矩M、感应磁场H1和电流密度JS满足以下方程：
...【技术特征摘要】
1.一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，其特征在于，所述的背景磁场激励装置由一对相同极性永磁体及其对应固定架组成，其中相同极性永磁体平行放置固定在整体成像装置的中心。
3.根据权利要求1所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，其特征在于，所述的声信号激励装置包括超声阵列探头和超声触发信号源，其中超声阵列探头连接超声触发信号源。
4.根据权利要求1所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，其特征在于，所述的电信号采集处理装置包括一对接触采集电极和前端放大处理模块，利用表面电极采集待成像组织中的磁粒子产生的电信号，经过前端放大处理模块后完成采集。
5.根据权利要求1所述的一种电极检测式磁声电磁粒子成像装置，其特征在于，所述的激励及扫描控制装置包括同步激励信号源、笛卡尔机械臂和对应的控制驱动模块，其中机械臂末端执行器部分固定超声阵列探头，对应的控制驱动模块实现对机械臂的平面扫描控制和驱动，同时连接逆问题图像重构装置传输。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫孝姮，侯潇涵，陈伟华，曹媛，杨飞霞，王宇飞，王兵，徐英锷，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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