一种自校准的磁感应成像系统及其方法
【专利摘要】一种自校准的磁感应成像系统，包括激励检测系统，所述激励检测系统配置有选通模块，选通模块分别连接于若干支路，每一支路均耦接至一匹配网络模块，激励检测系统通过选通模块与支路中的任一支路建立电连接以提供激励信号或获取检测信号，每一支路中均对应有一激励线圈和一检测校准线圈；所述激励线圈用于发送激励信号；所述检测校准线圈用于感应磁场并反馈检测信号或校准信号；当位于同一支路的激励线圈处于工作状态时，其对应的检测校准线圈反馈校准信号，其它支路的检测校准线圈反馈检测信号。
【专利说明】
一种自校准的磁感应成像系统及其方法
技术领域
[0001 ]本发明属于电磁传感器技术领域，具体地说，特别涉及一种自校准的磁感应成像系统及其方法。
【背景技术】
[0002]电阻抗成像技术基于不同的生物组织具有不同的电阻率特性、病理生理功能的改变也会显著改变组织电阻抗特性这一特点，通过贴放在体表的电极依次向人体注入弱的、对人体完全无创的交流电流，并测量各相关电极对上的响应电压信号，再通过特定的图像重构算法构建出能反应目标区域内组织电阻率分布情况的图像的新型医学成像技术。由于活体组织的电阻率与组织的功能状态密切相关，因而电阻抗成像技术具有功能成像优势，能够实现相关疾病的超早期检测。加之成像过程中不需要使用射线、核素等对人体有害的媒介，具有无创、低成本等优势，能较好弥补现有医学成像技术的不足，因而是当前相关领域的研究热点。这种注入电流的电阻抗成像技术由于需要保持电极的接触阻抗，因此限制了其应用。因此，一种非接触的通过磁感应激励的电阻抗成像技术应运而生。
[0003]传统的磁感应成像技术的激励采集系统所有的感应驱动和采集器在激励和采集以及非激励、非采集的任何阶段都是加电。中国专利201410260579.5公开了一种用于电阻抗成像的高精度数据采集系统，就描述了一个这样的系统。
[0004]现有磁感应成像的N个收发天线系统，采用I个天线发射，N-1个天线接收的模式。由于天线和匹配网络受环境影响，这种模式一般在24小时内有2°左右的漂移，而且这个漂移是天线独立的，无法在控制部分统一消除这一影响。磁感应成像系统要求0.01°的精度，因此2°的漂移严重影响了系统的实用性。
[0005]传统的磁感应成像系统，多数采用单路收发放大器通过数据选择器连接天线的结构。这种结构的优点是各路有一个统一的放大器，放大器的相位转移特性一致。但是缺点是微弱的检测信号通过模拟开关衰减后才进入放大器输入端，降低了检测信号的信噪比。同时由于各路信号的不均衡，统一的放大器不可能固定在一个确定的增益，这样不同的增益将引入不同的相位偏移，因此并不能体现多路使用一个放大器的优点。反而由于各路线圈的温度漂移和检测距离不同的影响，使得无法统一的消除环境影响。
[0006]也有一些系统采用多路收发放大器结构，但是这种结构同样是采用数据选择器通过一个通道进行模拟数字变换。这样数据选择器引入的不同的相位漂移也是影响系统检测精度的重要因素。
【发明内容】
[0007]本发明的第一目的在于提供一种自校准磁感应成像系统。
[0008]本发送的第二目的在于提供一种检测方法；
[0009]本发明第一目的是通过以下技术方案得以实现的:
[0010]一种自校准的磁感应成像系统，包括激励检测系统，所述激励检测系统配置有选通模块，选通模块分别连接于若干支路，每一支路均耦接至一匹配网络模块，激励检测系统通过选通模块与支路中的任一支路建立电连接以提供激励信号或获取检测信号，其特征在于，
[0011 ]每一支路中均对应有一激励线圈和一检测校准线圈；
[0012]所述激励线圈用于发送激励信号；
[0013]所述检测校准线圈用于感应磁场并反馈检测信号或校准信号；当位于同一支路的激励线圈处于工作状态时，其对应的检测校准线圈反馈校准信号，其它支路的检测校准线圈反馈检测信号。
[0014]在发明人的实践中得到，问题无法得到解决的核心在于，原有的激励线圈在做激励的同时，无法满足同时进行反馈信号的功能，所以单个线圈造成的误差难以消除，导致整体误差被放大，本设计的核心在于每一支路中提供了两个线圈，使得一个线圈在做激励的同时，另一个线圈直接可以作为校准线圈对其进行校准，这样一来，扰度就可以大大减小，而其它线圈的工作也不会发生变化，保证实施的合理性。
[0015]进一步地:位于同一支路的激励线圈和检测校准线圈绕设方向线的圆心相互重合，且激励线圈绕设方向线形成的圆半径大于检测校准线圈绕设方向线形成的圆。这样设置，接收到的激励信号在精确相位零点，保证检测精度。
[0016]进一步地:所述选通模块配置有若干数据选择器。通过数据选择器进行控制，保证响应速度。
[0017]进一步地:所述匹配网络模块包括分别设置在每一支路的若干收发放大器，每一收发放大器均受控于选通模块，且耦接于位于同一支路的激励线圈和检测校准线圈。通过这样设置，可以起到收发兼具的效果，保证收发合理性。
[0018]进一步地:所述匹配网络模块包括分别设置在每一支路的接收放大器和发送放大器，每一接收放大器和发送放大器均受控于选通模块，且分别耦接于位于同一支路的激励线圈和检测校准线圈。通过这样设置，分别对接收放大器和发送放大器进行控制就可以实现信号的收发，保证最大程度的信号抗干扰屏蔽。
[0019]进一步地:所述网络匹配模块内元件的工作状态受控于选通模块。选通模块可以将放大器的工作状态进行控制，保证放大器可以配合检测步骤进行工作，进一步减少信号的串扰，并降低电源消耗。
[0020]为了实现本发明的第二目的，提供一种磁感应成像系统的检测方法，配置于权利要求上述任意一条所述的自校准的磁感应成像系统，
[0021]步骤一，通过选通模块选通匹配网络模块使一激励线圈处于工作状态；
[0022]步骤二，使与步骤一中处于同一支路的检测校准线圈处于工作状态并接收校准信号;系统将此信号的相位作为此次激励的测量基准相位；
[0023]步骤三，依序使与步骤一中处于不同支路的其它检测校准线圈处于工作状态并接收检测信号;系统将此信号的相位作为检测信号；
[0024]步骤四，重复步骤一直至完成对所有激励线圈的工作检测。通过这样一种新型的检测方法，回送的数据多了每一个激励线圈在工作时，代表激励线圈工况的校准数据，通过对校准数据进行运算可以得出最接近的误差结果，可以起到较佳的效果。
[0025]综上所述，本发明具有以下有益效果:通过在每一支路设置两个线圈，保证在激励的同时可以回送校准数据，提高数据精确程度，保证线圈在长期使用中产生的误差可以被运算消除。
【附图说明】
[0026]图1是现有技术拓扑结构示意图一；
[0027]图2是现有技术拓扑结构示意图二；
[0028]图3是本系统拓扑结构示意图二；
[0029]图4是对于一支路接线示意图；
[0030]图5是检测流程图。
[0031]图中，100、激励检测系统；110、选通模块；120、匹配网络模块；130、激励线圈；140、
检测校准线圈。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0033]首先，参照图1和图2所示，现有的激励系统拓扑图如下，通过每一个支路中仅设置一个激励线圈130，通过选通模块110以及网络匹配模块完成对每个不同支路上的线圈的工作状态的控制，所以这样的设计方案无法排除激励线圈130自身的随机漂移。
[0034]参照图3所示，实施例1，对本系统进行解释说明，一种自校准的磁感应成像系统，包括激励检测系统100，所述激励检测系统100配置有选通模块110，选通模块110分别连接于若干支路，每一支路均耦接至一匹配网络模块120，激励检测系统100通过选通模块110与支路中的任一支路建立电连接以提供激励信号或获取检测信号，
[0035]每一支路中均对应有一激励线圈130和一检测校准线圈140;
[0036]所述激励线圈130用于发送激励信号；
[0037]所述检测校准线圈140用于感应磁场并反馈检测信号或校准信号；当位于同一支路的激励线圈130处于工作状态时，其对应的检测校准线圈140反馈校准信号，其它检测校准线圈140反馈检测信号。可以看出，位于同一支路的激励线圈130和检测校准线圈140绕设方向线的圆心相互重合。
[0038]所述匹配网络模块120包括分别设置在每一支路的接收放大器和发送放大器，每一接收放大器和发送放大器均受控于选通模块110，且分别耦接于位于同一支路的激励线圈130和检测校准线圈140。
[0039]选通模块110配置有若干数据选择器，数据选择器用于控制放大器的工作，保证放大器之间的状态是互锁状态。所以，需要实现多路的状态互锁，所以选择数据选择器，这样一来，就会使得当一检测校准线圈140工作时，其它支路上同类型的检测校准线圈140就不会工作，以免产生干扰，而同样的，对激励线圈130也通过数据选择器进行互锁，而数据选择器的数量不做限制，但是具体设置为两组，一组用于控制接收放大器之间的互锁，另一组用于控制发送放大器之间的互锁。而选通模块110还配置有多路模拟开关，多路模拟开关则是用于控制激励信号、检测信号、校准信号的传输，以及实现不同支路上相同线圈发送数据的唯一通道，保证数据传输之间不会存在功能上的数据影响，提高抗干扰能力，区别在于分别实现对数字量和模拟量对不同的支路起到数据互锁的效果。发送和接收放大器都具有使能功能，节能、增加通道间的隔离度。
[0040]参照图4所示，对于一个支路中的控制连接关系进行介绍，图中激励线圈130和检测校准线圈140(Tan/Tbn)，n是对不同支路的数字标号例如对于第一支路而言，就是激励线圈130和检测校准线圈140(Tal/Tbl)，那么对应的发送放大器和接收放大器(Aan和Abn)另一端口则接到激励检测系统100中，也就是直接与激励检测系统100的b/a进行连接，直接受控并接收、发送信号，而发送放大器和接收放大器(Aan和Abn)的控制端分别接在两个不同的数据选择器的不同引脚(MULln和MUL2n)，而激励线圈130和检测校准线圈140(Tan/Tbn)则分别耦接在两个不同的多路模拟开关的不同引脚(MUXln和MUX2n)，这样一来，就实现对数据的选择和屏蔽，依次按照该图将不同的支路连接，就可以完成这个电路的设计。
[0041]实施例2，将实施例1中的接收放大器和发送放大器替换为收发放大器，所述匹配网络模块120包括分别设置在每一支路的若干收发放大器，每一收发放大器均受控于选通模块110，且耦接于位于同一支路的激励线圈130和检测校准线圈140。这样一来，可能屏蔽功能会受到一定影响，所以优选为实施例1。而通过选通模块110可以控制收发放大器工作在高阻态或者。
[0042]实施例3，参照图5所示，一种磁感应成像系统的检测方法，配置于权利要求1至6中任意一条所述的自校准的磁感应成像系统，
[0043]步骤一，通过选通模块110选通匹配网络模块120使一激励线圈130处于工作状态；
[0044]步骤二，使与步骤一中处于同一支路的检测校准线圈140处于工作状态并接收校准信号；
[0045]步骤三，使与步骤一中处于不同支路的其它检测校准线圈140处于工作状态并接收检测信号；
[0046]步骤四，重复步骤一直至完成对所有激励线圈130的工作检测。
[0047]以下对上述方法的实质进行解释说明。
[0048]1、系统处理器经过AaO驱动TaO发射激励信号。这个信号首先被TbO采集，经过AbO进入系统处理器，完成激励位置的相位测量，也就是TbO此时作为校准线圈使用。这是整个测量过程的基准。
[0049]2、保持TaO的激励状态，顺序检测Tbl、Tb2.....Tbn的信号相位。将其与AaO的差值作为最终检测的相位信号，供系统采用。
[0050]3、n个线圈信号检测完成以后，激励信号切换到Aal驱动Tal，用Tbl检测信号的相位作为此轮检测相位的基准。
[0051 ] 4、保持Tal的激励窗台，顺序检测Tb2.....Tbn、TbO的信号相位。将其与Aal的相位差值作为最终的相位检测信号，供系统使用。
[0052]5、每个激励天线顺序激励后完成一次检测。
[0053]6、系统处理器通过测量数据经过反演运算，计算出η个天线环绕的截面电导率分布。需要说明的是，当第η号天线作为激励天线的时候，η号检测校准天线作为校准天线使用;其他号检测校准天线作为检测天线使用。3、检测校准天线连接检测前置放大器，检测前置放大器有增益调节功能，当作为校准天线使用的时候增益为< = 1;当作检测天线使用的时候，增益>1;把第n(n=l，2，..，Ν)次激励(如果有N个天线，每个测量有η个激励)有N个数据，激励天线位置的检测作为相位测量基准。剩余的N-1个数据与第η个的差值作为系统检测数据。
[0054]本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
【主权项】
1.一种自校准的磁感应成像系统，包括激励检测系统，所述激励检测系统配置有选通模块，选通模块分别连接于若干支路，每一支路均耦接至一匹配网络模块，激励检测系统通过选通模块与支路中的任一支路建立电连接以提供激励信号或获取检测信号，其特征在于， 每一支路中均对应有一激励线圈和一检测校准线圈； 所述激励线圈用于发送激励信号； 所述检测校准线圈用于感应磁场并反馈检测信号或校准信号；当位于同一支路的激励线圈处于工作状态时，其对应的检测校准线圈反馈校准信号，其它支路的检测校准线圈反馈检测信号。2.如权利要求1所述的一种自校准的磁感应成像系统，其特征在于:位于同一支路的激励线圈和检测校准线圈绕设方向线的圆心相互重合，且激励线圈绕设方向线形成的圆半径大于检测校准线圈绕设方向线形成的圆。3.如权利要求1所述的一种自校准的磁感应成像系统，其特征在于:所述选通模块配置有若干数据选择器。4.如权利要求1所述的一种自校准的磁感应成像系统，其特征在于:所述匹配网络模块包括分别设置在每一支路的若干收发放大器，每一收发放大器均受控于选通模块，且耦接于位于同一支路的激励线圈和检测校准线圈。5.如权利要求1所述的一种自校准的磁感应成像系统，其特征在于:所述匹配网络模块包括分别设置在每一支路的接收放大器和发送放大器，每一接收放大器和发送放大器均受控于选通模块，且分别耦接于位于同一支路的激励线圈和检测校准线圈。6.如权利要求4或5所述的一种自校准的磁感应成像系统，其特征在于:所述网络匹配模块内元件的工作状态受控于选通模块。7.—种磁感应成像系统的检测方法，其特征在于:配置于权利要求1至6中任意一条所述的自校准的磁感应成像系统， 步骤一，通过选通模块选通匹配网络模块使一激励线圈处于工作状态； 步骤二，使与步骤一中处于同一支路的检测校准线圈处于工作状态并接收校准信号； 步骤三，依序使与步骤一中处于不同支路的其它检测校准线圈处于工作状态并接收检测信号； 步骤四，重复步骤一直至完成对所有激励线圈的工作检测。
【文档编号】A61B5/05GK106073777SQ201610394149
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月30日 公开号201610394149.1, CN 106073777 A, CN 106073777A, CN 201610394149, CN-A-106073777, CN106073777 A, CN106073777A, CN201610394149, CN201610394149.1
【发明人】石崇源, 宣奇波, 宣和均
【申请人】杭州永川科技有限公司