一种磁热声成像方法及其成像系统的制作方法
【专利摘要】一种磁热声成像方法及其成像系统，通过为导电物体(7)施加线性频率调制的磁场，在导电物体(7)内部产生感应电场，进而产生焦耳热，激发导电物体(7)热弹性的超声信号，检测超声信号，利用声场和电磁场逆问题重建得到电导率分布图像。应用该方法的磁热声成像系统包括激励模块、检测模块、水槽、控制模块和上位机，其中激励模块主要由信号发生装置、功率放大器和激励线圈组成；检测模块主要由超声换能器、信号调理电路和信号采集电路组成；控制模块对运动控制、激励源控制、采集控制和图像重建的控制，由上位机用于实现图像重建功能和控制模块的控制功能。
【专利说明】一种磁热声成像方法及其成像系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种成像方法及其成像系统。
【背景技术】
[0002] 目前传统电阻抗成像技术的灵敏度和空间分辨率不高，主要因为电阻抗成像通常 采用频率较低的电磁波作为激励，由于波长远远大于成像体，导致电磁场探测对比度高，但 分辨率低。毋庸置疑，单一场都有其物理局限性。因此多物理场成像技术受到越来越多的 关注，即将一种物理场作用于生物组织，转换为另一种物理场进行检测，由一种物理场提供 分辨的率，另一种物理场提供对比度，实现对比度和分辨率的同时提高。电磁场和超声相结 合多物理场成像技术正是考虑到电磁场对人体组织电导率的高对比度和超声波探测的高 分辨率特性，成为人们的研宄热点，磁热声成像作为一种新型的多物理场成像技术最近一 年受到重视。
[0003] 磁热声成像是由新加坡南洋理工大学在2013年首次提出的新型的电阻抗成像方 法，他的是通过对导电物体施加低于20MHz的交变磁场，在导电物体内部产生感应电场，进 而产生焦耳热，激发热弹性的声信号，检测声信号进行成像。该方法是一种以交变磁场作为 激励源，基于生物组织内部焦耳热吸收率的差异，以超声作为信息载体的无损生物医学影 像技术。与微波热声成像技术相比，激励源的频率降低，可以深入到导电体的更深处，这可 能会使磁热声图像扩展到人体组织的深层，但目前的成像方法检测灵敏度低，而且还没有 任何报道有关重建电导率的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术检测灵敏度低的缺点，提出一种新的磁热声成像方 法和成像系统。本发明可以提高检测灵敏度。
[0005] 本发明方法基于磁热声成像原理，通过对导电物体施加线性频率调制或伪随机编 码的激励电流，在导电物体内部产生感应电场，进而产生焦耳热，激发导电物体热弹性的超 声信号。通过检测所述的超声信号，并利用脉冲压缩技术或相关处理技术实现接收的超声 信号的解调，提高磁热声成像系统检测信号的信噪比，最后利用声场和电磁场逆问题重建 得到电导率分布图像。本发明与微波热声成像方法相比，使用的激励源的频率降低，频率范 围可以在0. IMHz-lOOMHz的范围内进行成像，因此可以深入到导电物体的更深处。
[0006] 本发明磁热声成像方法中的激励电流采用调制方式，调制后的激励电流通过激励 线圈作用到导电物体上，然后利用相关检测或脉冲压缩检测方式实现对超声信号的检测， 检测到的超声信号首先求得热源分布，然后利用热源分布再进行电导率的重建。在热源分 布的求解过程中采用时间反演法时间重建热源分布，然后利用采用基于标量电位的电导率 重建法实现电导率重建。
[0007] 所述的激励线圈内加载的激励电流为线性调频信号时，波形可以表示为：
【权利要求】
1. 一种磁热声成像方法，其特征在于，所述的成像方法通过为导电物体（7)施加线性 频率调制的磁场，在导电物体（7)内部产生感应电场，进而产生焦耳热，激发导电物体（7) 热弹性的超声信号，检测超声信号，利用声场和电磁场逆问题重建得到电导率分布图像。
2. 按照权利要求1所述的磁热声成像方法，其特征在于，所述的成像方法利用超声换 能器接收超声信号，接收到的信号通过时域卷积法或频率域卷积法实现超声信号的解调； 利用时域卷积法进行解调时，通过对接收到的超声信号与匹配滤波器脉冲响应求卷积实 现，利用频率域卷积方法则利用傅里叶变换的性质，时域的卷积相当于频率相乘原理实现； 解调后的超声信号中因为含有与电导率相关的信息，因此对解调的超声信号进行导电物体 的电导率重建；重建的过程如下：从被解调出的超声信号中首先得到热源分布，利用热源 分布再进行电导率的重建，在热源分布的求解过程中采用时间反演法实现热源分布的重 建，然后采用基于标量电位的电导率重建法实现电导率重建； 所述基于标量电位的电导率重建法如下： 首先导出剥离时间项的标量电位所满足的非线性泊松方程：
和边界条件： --(V^+4)L=O 其中，S(X，y,z)为导电物体在（X，y,z)坐标处的热函数，Al为一次矢量磁位，Al通过 电流激励参数计算得出；在上述非线性泊松方程中只有标量电位Φ是未知量，编制上述方 程的有限元程序，获得标量电位，进一步获得电场强度分布，从而从热函数中重建出电导率 分布，实现导电物体的电导率重建。
3. 应用权利要求1所述的磁热声成像方法的成像系统，其特征在于，所述的成像系统 主要包括激励模块、检测模块、水槽（4)和控制模块；所述的激励模块和检测模块分别与控 制模块电连接，所述的激励模块和控制模块位于水槽（4)外，导电物体位于水槽（4)内；所 述的激励模块主要由信号发生装置（2)、功率放大器（1)和激励线圈（5)组成，信号发生装 置（2)连接功率放大器（1)，功率放大器（1)连接激励线圈（5)。
4. 按照权利要求3所述的磁热声成像方法的成像系统，其特征在于，所述的激励模块 包括供电电路、任意信号发生器、PWM调制、隔离驱动电路、开关管电路、控制端和保护电路； 所述的供电电路分别连接PWM调制、隔离驱动电路和开关管电路，所述的控制端连接供电 电路和任意信号发生器；所述的保护电路中的过流保护电路和欠压检测电路连接在开关管 电路上。
5. 按照权利要求3所述的磁热声成像方法的成像系统，其特征在于，所述的激励线圈 (5)内加载的激励电流为线性调频信号，或者选择伪随机编码方式；当采用伪随机编码方 式时，超声探头接收到超声信号，利用频率域相关检测方法对接收到的超声信号进行解调， 实现信号的检测。
【文档编号】A61B5/053GK104434101SQ201410771539
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月14日 优先权日:2014年12月14日
【发明者】夏慧, 刘国强, 夏正武, 李士强, 杨延菊, 刘宇 申请人:中国科学院电工研究所