專(zhuān)利名稱(chēng)：基于洛侖茲力力學(xué)效應(yīng)的磁聲電阻抗成像系統(tǒng)及成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種醫(yī)學(xué)成像方法及裝置，特別涉及一種磁聲電阻抗成像方法及裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電阻抗成像的靈敏度和空間分辨率不高，為解決此問(wèn)題，人們提出了各種新型成像方法。磁聲電成像就是ー種新型的具有良好應(yīng)用前景的醫(yī)學(xué)成像方法。其成像原理是將一束超聲波注入成像體,成像體中的局部離子隨超聲波的傳播而振動(dòng),振動(dòng)的離子在靜磁場(chǎng)的作用下受到洛倫茲力作用而引起電荷分離，進(jìn)而在成像體內(nèi)形成局部的電場(chǎng)，通過(guò)貼放在成像體上的接收電極或與成像體非接觸的接收線圈檢測(cè)電信號(hào)重構(gòu)電阻抗圖像。 1997年，Han Wen等人提出霍爾效應(yīng)成像的概念，并給出ー維模型，利用普通超聲探頭和薄銅片搭建的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在2007年，Y.Xu、S Haider等人，在Han Wen概念提出的基礎(chǔ)上，提出基于互易定理的磁聲電成像，實(shí)驗(yàn)仍舊采用ー維銅片樣本，利用電極對(duì)進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)互易定理推導(dǎo)出測(cè)量電壓與聲場(chǎng)和電磁場(chǎng)之間簡(jiǎn)單關(guān)系式，在系統(tǒng)的配置方面沒(méi)有提及。上述成像方法在提高靈敏度和空間分辨率方面具有潛在的優(yōu)勢(shì)，但是在檢測(cè)過(guò)程需要采用電極或接收線圈測(cè)量電信號(hào)，而電信號(hào)與電導(dǎo)率之間是非線性關(guān)系，増加了圖像重建過(guò)程的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的如上所述的缺點(diǎn)，提出的一種新的基于洛侖茲カ的力學(xué)效應(yīng)的磁聲電阻抗成像裝置和方法。本發(fā)明不需要進(jìn)行電場(chǎng)測(cè)量，只需要測(cè)量聲波信號(hào)即可，而且測(cè)量信號(hào)與電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單明確，易于快速圖像重建。本發(fā)明的主要原理為將一束聲波聚焦注入生物組織，生物組織中的局部離子隨聲波的傳播而振動(dòng)，振動(dòng)的離子在有靜磁場(chǎng)的情況下會(huì)受到洛侖茲カ的作用，洛侖茲力的力學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與沒(méi)有靜磁場(chǎng)的情況下的振動(dòng)速度不同。通過(guò)超聲檢測(cè)裝置可以檢測(cè)有靜磁場(chǎng)和無(wú)靜磁場(chǎng)兩種情況下的振動(dòng)速度，進(jìn)而根據(jù)振動(dòng)速度比的平方根與成像體的電導(dǎo)率的正比關(guān)系，重構(gòu)電阻抗圖像。本發(fā)明磁聲電阻抗成像系統(tǒng)主要包括超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源、超聲探頭陣列、控制系統(tǒng)、磁體系統(tǒng)、直流電源和信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)。超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源和超聲探頭陣列連接連接、信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)和圖像重建系統(tǒng)連接。磁體系統(tǒng)由ー對(duì)亥姆霍茲線圈組成，磁體系統(tǒng)與直流電源連接?？刂葡到y(tǒng)分別與直流電源、超聲探頭陣列連接，并對(duì)直流電源、超聲探頭陣列進(jìn)行控制，使超聲探頭陣列處于激勵(lì)發(fā)射或測(cè)量?jī)煞N模式。通過(guò)控制系統(tǒng)使直流電源處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施加磁場(chǎng)或撤銷(xiāo)磁場(chǎng)兩種模式。超聲探頭陣列通過(guò)耦合劑和生物體的某一部位接觸；所述的ー對(duì)亥姆霍茲線圈套裝在生物體上，超聲探頭陣列處于兩個(gè)亥姆霍茲線圈之間。本發(fā)明磁聲電阻抗成像系統(tǒng)的工作過(guò)程如下所述的超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源發(fā)射脈沖超聲激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)通過(guò)超聲驅(qū)動(dòng)電纜發(fā)送至超聲探頭陣列。超聲探頭陣列通過(guò)耦合劑與生物組織接觸，控制陣列単元發(fā)射聚焦超聲，在生物組織內(nèi)部一定深度的局部區(qū)域中激發(fā)聲輻射力，引起局部聚焦區(qū)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)。通過(guò)控制系統(tǒng)，超聲探頭陣列切換到測(cè)量模式，可以通過(guò)回波測(cè)量獲得聚焦區(qū)的位置坐標(biāo)以及質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度S，這里V1 =吩-為任意時(shí)刻t質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度，而5為t = 0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度，《為聲輻射力的角頻率，通過(guò)信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)記錄S?？刂崎_(kāi)通亥姆霍茲線圈中的直流電流，在生物組織的測(cè)量區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生與亥姆霍茲線圈軸線平行的均勻靜磁場(chǎng)。所述的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度^;的方向與均勻靜磁場(chǎng)方向垂直。由質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)和靜磁場(chǎng)共同作用弓I起聚焦區(qū)內(nèi)產(chǎn)生洛倫茲力，由于洛倫茲カ的作用，引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與未加靜磁場(chǎng)時(shí)的數(shù)值不同?？刂瞥曁筋^陣列仍處于測(cè)量模式下，利用回波測(cè)量獲得聚焦區(qū)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度巧，這里A =F2,為加靜磁場(chǎng)后任意時(shí)刻t質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度，而5為加靜磁場(chǎng)后t = 0時(shí)刻 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度，通過(guò)信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)記錄巧?？刂瞥曁筋^陣列依次激勵(lì)不同位置的聚焦區(qū)，獲得全部掃描路徑下的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度比$=5/5。根據(jù)有、無(wú)磁場(chǎng)兩種情況下質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度比的平方根與電導(dǎo)率O的正比關(guān)系(V^OCCT ),可以重建生物組織電導(dǎo)率圖像。本發(fā)明的主要激勵(lì)裝置為超聲波源和靜磁場(chǎng)源，而檢測(cè)裝置為超聲波換能器，檢測(cè)信號(hào)為有無(wú)磁場(chǎng)兩種情況下的聲波振動(dòng)速度。靜磁場(chǎng)技術(shù)和超聲波激勵(lì)檢測(cè)技術(shù)皆為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域傳統(tǒng)技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)。這種基于洛侖茲カ的力學(xué)效應(yīng)的磁聲電阻抗成像方法綜合了超聲成像和電成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景和潛在的應(yīng)用價(jià)值。


圖I本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明裝置在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中與生物體相對(duì)位置關(guān)系示意圖；圖3本發(fā)明裝置在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，在無(wú)磁場(chǎng)和有磁場(chǎng)兩種情況下聚焦區(qū)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度示意圖；圖中10超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源，20超聲探頭陣列，30耦合剤，40直流電源，50磁體系統(tǒng)’60信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)，70圖像重建系統(tǒng)，80控制系統(tǒng)。90生物體，501和502 —對(duì)亥姆霍茲線圏，110聚焦區(qū)，125無(wú)靜磁場(chǎng)情況下聚焦區(qū)質(zhì)點(diǎn)在t = 0時(shí)刻的振動(dòng)速度，127有靜磁場(chǎng)情況下聚焦區(qū)質(zhì)點(diǎn)在t = 0時(shí)刻的振動(dòng)速度。126靜磁場(chǎng)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)ー步說(shuō)明本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明磁聲電阻抗成像系統(tǒng)主要包括超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源10、超聲探頭陣列20，耦合劑30，直流電源40，磁體系統(tǒng)50，信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)60，圖像重建系統(tǒng)70，控制系統(tǒng)80，另外還包括生物體90。超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源10和超聲探頭陣列20連接，信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)60和圖像重建系統(tǒng)70連接。直流電源40與磁體系統(tǒng)50連接?？刂葡到y(tǒng)80分別與直流電源40、超聲探頭陣列20連接，并對(duì)直流電源40、超聲探頭陣列20進(jìn)行控制。控制系統(tǒng)80控制直流電源40的開(kāi)通或關(guān)斷，從而產(chǎn)生靜磁場(chǎng)或撤出靜磁場(chǎng)?？刂葡到y(tǒng)80控制超聲探頭陣列20，可以使超聲探頭陣列20處于激勵(lì)模式或測(cè)量模式。如圖2所示，本發(fā)明磁聲電阻抗成像系統(tǒng)裝置在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中與生物體相對(duì)位置關(guān)系，磁體系統(tǒng)50由一對(duì)同軸的亥姆霍茲線圈501和502組成。超聲探頭陣列20通過(guò)耦合劑30和生物體90的某一部位接觸。亥姆霍茲線圈501和502套在生物體上，超聲探頭陣列20處于兩個(gè)亥姆霍茲線圈501和502之間。110為超聲探頭陣列20在生物體內(nèi)產(chǎn)生的聲輻射カ聚焦區(qū)。如圖3所示，在有靜磁場(chǎng)126及無(wú)靜磁場(chǎng)126兩種情況下，聚焦區(qū)110處質(zhì)點(diǎn)在t=0時(shí)刻的振動(dòng)速度分別為巧127和F1125,V2 和V1 =7；#"分別為有靜磁場(chǎng)和無(wú)靜磁場(chǎng)126兩種情況下，任意時(shí)刻t的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，Co為聲輻射力的角頻率。本發(fā)明工作過(guò)程如下所述的超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源10發(fā)射脈沖超聲激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)通過(guò)超聲驅(qū)動(dòng)電纜發(fā)送至超聲探頭陣列20。超聲探頭陣列20通過(guò)耦合劑30與生物體90接觸，利用控制系統(tǒng)80控制超聲探頭陣列發(fā)射聚焦超聲，在生物體90的生物組織內(nèi)部一定深度的局部區(qū)域中激發(fā)聲福射力，引起局部聚焦區(qū)110質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)。通過(guò)控制系統(tǒng)80,超聲探頭陣列20切換到測(cè)量模式，可以通過(guò)回波測(cè)量獲得聚焦區(qū)110的位置坐標(biāo)以及無(wú)磁場(chǎng)情況下質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度125，由信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)60記錄無(wú)磁場(chǎng)情況下質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度125?？刂葡到y(tǒng)80控制開(kāi)通磁體系統(tǒng)50中的亥姆霍茲線圈501、502中的直流電流，在生物組織的測(cè)量區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生與亥姆霍茲線圈501、502軸線平行的均勻靜磁場(chǎng)126。所述的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度125的方向與均勻靜磁場(chǎng)126的方向垂直。由質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度125和靜磁場(chǎng)126共同作用引起聚焦區(qū)110內(nèi)產(chǎn)生洛倫茲力，由于洛倫茲カ的作用，引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與未加靜磁場(chǎng)時(shí)的數(shù)值不同。通過(guò)控制系統(tǒng)80控制超聲探頭陣列20仍處于測(cè)量模式下，利用回波測(cè)量獲得聚焦區(qū)110在有磁場(chǎng)情況下質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度127，通過(guò)信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)60記錄質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度127?？刂瞥曁筋^陣列20依次激勵(lì)不同位置的聚焦區(qū)，獲得全部掃描路徑下的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度比5=5/巧。根據(jù)有靜磁場(chǎng)、無(wú)靜磁場(chǎng)兩種情況下質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度比的平方根與電導(dǎo)率O的正比關(guān)系(がQC Cr ),可以重建生物組織電導(dǎo)率圖像。
權(quán)利要求
1.一種基于洛侖茲力力學(xué)效應(yīng)的磁聲電阻抗成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的磁聲電阻抗成像系統(tǒng)包括超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源(10)、超聲探頭陣列(20)、耦合劑(30)、直流電源(40)、磁體系統(tǒng)(50 )、信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)(60 )、圖像重建系統(tǒng)(70 )和控制系統(tǒng)(80 );磁體系統(tǒng)(50 )由一對(duì)同軸的亥姆霍茲線圈(501、502)組成；所述的超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源(10)與超聲探頭陣列(20)連接，所述的信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)(60)與圖像重建系統(tǒng)連接；所述的直流電源(40)與磁體系統(tǒng)(50)連接；控制系統(tǒng)(80)分別與直流電源(40)、超聲探頭陣列(20)連接，并對(duì)直流電源(40)、超聲探頭陣列(20)進(jìn)行控制；控制系統(tǒng)(80)控制直流電源(40)的開(kāi)通或關(guān)斷，從而產(chǎn)生靜磁場(chǎng)或撤出靜磁場(chǎng)；控制系統(tǒng)(80)控制超聲探頭陣列(20)，使超聲探頭陣列(20 )處于激勵(lì)模式或測(cè)量模式；超聲探頭陣列(20 )通過(guò)耦合劑(30 )和生物體(90 )的某一部位接觸；磁體(50)由一對(duì)亥姆霍茲線圈(501、502)組成，所述的ー對(duì)亥姆霍茲線圈(501、502)套裝在生物體(90)上，超聲探頭陣列(20)處于兩個(gè)亥姆霍茲線圈(501、502)之間。
2.應(yīng)用權(quán)利要求I所述的磁聲電阻抗成像系統(tǒng)的成像方法，其特征在于將一束聲波聚焦注入生物組織，生物組織中的局部離子隨聲波的傳播而振動(dòng)，振動(dòng)的離子在有靜磁場(chǎng)的情況下受到洛侖茲力的作用，洛侖茲力的力學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與在無(wú)靜磁場(chǎng)的情況下的振動(dòng)速度不同；測(cè)量有靜磁場(chǎng)和無(wú)靜磁場(chǎng)兩種情況下的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度；利用有無(wú)靜磁場(chǎng)和無(wú)靜磁場(chǎng)兩種情況下質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度比的平方根與電導(dǎo)率成正比的關(guān)系進(jìn)行圖像重建。
全文摘要
一種基于洛侖茲力力學(xué)效應(yīng)的磁聲電阻抗成像系統(tǒng)及成像方法，包括超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源、超聲探頭陣列、控制系統(tǒng)、磁體系統(tǒng)、直流電源和信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)。通過(guò)控制系統(tǒng)使超聲探頭陣列處于發(fā)射或測(cè)量?jī)煞N模式。通過(guò)控制系統(tǒng)使直流電源處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施加磁場(chǎng)或撤銷(xiāo)磁場(chǎng)兩種模式。測(cè)量有磁場(chǎng)和無(wú)磁場(chǎng)兩種情況下的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度比，并根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度比的平方根重建電導(dǎo)率圖像。本發(fā)明成像方法不需要進(jìn)行電場(chǎng)測(cè)量，只需要測(cè)量聲波信號(hào)即可，而且測(cè)量信號(hào)與電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單明確，易于快速圖像重建。
文檔編號(hào)A61B5/053GK102860825SQ20121039379
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者劉國(guó)強(qiáng), 夏慧, 李士強(qiáng), 李艷紅, 夏正武, 陳晶, 黃欣 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所