基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法及装置制造方法
【专利摘要】一种基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法及装置，装置有低频连续波的激励信号生成和低频连续磁声信号的检测两部分，激励信号生成，是使用低频连续波对成像样本进行激励，激励波形采用连续正弦波或具有占空比的连续正弦脉冲波实现，激励信号频率根据成像样本和空间定位精度确定；低频连续磁声信号的检测，是采用连续波信号检测或锁相放大方法实现。方法是生成低频连续波的激励信号的函数发生器，与函数发生器输出相连对输出的激励信号进行放大的功率放大器，功率放大器的输出连接置于磁场中的被测样本，函数发生器的输出还连接检测器。本发明简化了实验装置，降低了激励源设计难度，在一定程度上提高了该成像方法的应用安全性。
【专利说明】基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁声耦合成像激励与检测。特别是涉及一种基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法及装置。
【背景技术】
[0002]生物组织电特性反映了组织的生理病理状态，对于生物组织电特性进行检测和成像，有利于相关疾病的早期诊断。磁声耦合成像技术是一种新型的生物组织电特性成像技术，它基于霍尔效应原理，将交变电流激励施加于生物组织，同时外加磁场，将组织电参数信息转化为声信号，实现生物组织电特性的检测和成像。
[0003]由于生物组织内产生的磁声信号反映了组织的生理和病理特征，其与传统的超声成像、X射线成像等结构成像方法相比，磁声成像方法可实现组织功能病变的早期诊断。其次，磁声成像将组织电特性参数转化成声信号检测成像，声信号的直线传播特性避免了电阻抗成像电流的弥散效应，有利于提闻成像分辨率精度。因此，基于磁声稱合效应的无损功能成像方法，同时具有高对比度及高空间分辨率的特点，对肿瘤等疾病的早期诊断具有重要的研究价值。
[0004]目前磁声成像研究中，最主要的技术难点在于激励信号源的设计实现。为了达到磁声成像的mm级空 间分辨率并提高图像对比度，信号激励源通常采用IOkV级高压μ s脉宽的短脉冲发生装置输出激励，而设计实现该高输出窄脉冲激励源，涉及高速高压开关及其控制技术，实现起来具有一定难度，增加了成像装置成本，同时高压输出在应用的安全性上存在潜在的问题。目前磁声耦合成像窄脉冲大功率激励源设计实现难度较大，设计实现该高输出窄脉冲激励源，涉及高速高压开关及其控制技术，实现起来具有一定难度，增加了成像装置成本，同时高压输出在应用的安全性上存在潜在的问题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现磁声耦合成像，降低激励源设计实现难度的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法及装置。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法，包括低频连续波的激励信号生成和低频连续磁声信号的检测两部分，其中，所述激励信号生成，是使用低频连续波对成像样本进行激励，激励波形采用连续正弦波或具有占空比的连续正弦脉冲波实现，激励信号频率根据成像样本和空间定位精度确定；所述低频连续磁声信号的检测，是采用连续波信号检测或锁相放大方法实现。
[0007]具体如正步骤:
[0008]I)选择低频连续波的激励波形；
[0009]2)选择低频连续波的激励频率，包括:
[0010](I)选择低频连续波的激励频率下限；
[0011](2)选择低频连续波的激励频率上限；[0012]3)由信号源输出步骤I)和步骤2)得到的激励信号，以与所述激励信号同频率的同步参考信号；
[0013]4)进行低频连续磁声信号的检测，包括对低频连续磁声信号的幅值和相位进行锁相放大或对低频连续磁声信号的幅值和相位进行连续波信号检测。
[0014]步骤I)中所述的低频连续波的激励波形的选择，是根据频域内的冲激函数进行傅立叶逆变换，所选择的激励波形为连续正弦波。
[0015]步骤I)中所述的低频连续波的激励波形的选择，是根据频域内的冲激函数进行短时傅立叶逆变换，所选择的激励波形为具有占空比的连续正弦脉冲波。
[0016]步骤2)中所述的选择低频连续波的激励频率下限要满足
[0017]f≥phac/360li (7)
[0018]其中f为激励信号频率，PHA为成像需要的相位角精度，Ii为待成像样本的长度，c为声信号在介质中的声速；
[0019]同时，所述激励频率还要大于生命活动的声波频率I 一 2kHz，即
[0020]f ≥ 2kHz(8)。
[0021]步骤2)中所述的选择低频连续波的激励频率上限要满足，待成像样本尺寸对应相位变化在360°相位范围之内，以避免出现不同空间位置对应相同相位的情况，即
[0022]lif≤c(9)
[0023]其中，Ii为待成像样本的长度，c为声信号在介质中的声速。
[0024]步骤4)中是根据步骤3)中给出的同步参考信号对低频连续磁声信号的幅值和相位进行锁相放大。
[0025]一种基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法的装置，包括:生成低频连续波的激励信号的函数发生器，与所述的函数发生器输出相连对输出的激励信号进行放大的功率放大器，所述功率放大器的输出连接置于磁场中的被测样本，所述的函数发生器的输出还连接用于从样本中得到的磁声信号的检测器。
[0026]所述的检测器(3)为锁相放大器，或由对样本(4)的磁声信号进行放大的放大器和根据函数发生器(1)输出的同步信号采集放大器输出信号的数据采集卡构成。
[0027]本发明的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法及装置，采用低频(kHz)连续正弦信号激励，配合所述连续波检测方法对磁声信号检测，一方面，低频激励声信号在空气中衰减小，其成像过程无需使用液体声耦合剂，简化实验装置，另一方面所述低频连续波激励方式激励采用普通的函数发生器即可实现，降低了激励源设计难度，在一定程度上提高了该成像方法的应用安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法的原理图；
[0029]图2是用于本发明基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法的装置示意图；
[0030]图3a是本发明基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法的激励信号仿真结果;[0031]图3b是本发明基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法的磁响应信号仿
真结果。
【具体实施方式】
[0032]下面结合实施例和附图对本发明的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法及装置做出详细说明。
[0033]本发明的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法，包括低频连续波的激励信号生成和低频连续磁声信号的检测两部分，其中，所述激励信号生成，是使用低频连续波对成像样本进行激励，激励波形采用连续正弦波或具有占空比的连续正弦脉冲波实现，激励信号频率根据成像样本和空间定位精度确定；所述低频连续磁声信号的检测，是采用连续波信号检测或锁相放大方法实现。
[0034]本发明的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法的理论依据是:
[0035]根据磁声耦合效应波动方程
[0036]
【权利要求】
1.一种基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法，其特征在于，包括低频连续波的激励信号生成和低频连续磁声信号的检测两部分，其中，所述激励信号生成，是使用低频连续波对成像样本进行激励，激励波形采用连续正弦波或具有占空比的连续正弦脉冲波实现，激励信号频率根据成像样本和空间定位精度确定；所述低频连续磁声信号的检测，是采用连续波信号检测或锁相放大方法实现。
2.根据权利要求1所述的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法，其特征在于，具体如正步骤: 1)选择低频连续波的激励波形； 2)选择低频连续波的激励频率，包括: (1)选择低频连续波的激励频率下限； (2)选择低频连续波的激励频率上限； 3)由信号源输出步骤I)和步骤2)得到的激励信号，以与所述激励信号同频率的同步参考信号； 4)进行低频连续磁声信号的检测，包括对低频连续磁声信号的幅值和相位进行锁相放大或对低频连续磁声信号的幅值和相位进行连续波信号检测。
3.根据权利要求2所述的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法，其特征在于，步骤I)中所述的低频连续波的激励波形的选择，是根据频域内的冲激函数进行傅立叶逆变换，所选择的激励波形为连续正弦波。
4.根据权利要求2所述的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法，其特征在于，步骤I)中所述的低频连续波的激励波形的选择，是根据频域内的冲激函数进行短时傅立叶逆变换，所选择的激励波形为具有占空比的连续正弦脉冲波。
5.根据权利要求2所述的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法，其特征在于，步骤2)中所述的选择低频连续波的激励频率下限要满足
6.根据权利要求2所述的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法，其特征在于，步骤2)中所述的选择低频连续波的激励频率上限要满足，待成像样本尺寸对应相位变化在360°相位范围之内，以避免出现不同空间位置对应相同相位的情况，即 Iif ≤ c(9) 其中，Ii为待成像样本的长度，c为声信号在介质中的声速。
7.根据权利要求2所述的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法，其特征在于，步骤4)中是根据步骤3)中给出的同步参考信号对低频连续磁声信号的幅值和相位进行锁相放大。
8.一种用于权利要求1~7所述的基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法的装置，其特征在于，包括:生成低频连续波的激励信号的函数发生器(I)，与所述的函数发生器(I)输出相连对输出的激励信号进行放大的功率放大器(2),所述功率放大器(2)的输出连接置于磁场(5)中的被测样本(4)，所述的函数发生器(I)的输出还连接用于从样本(4)中得到的磁声信号的检测器(3)。
9.根据权利要求8所述的用于基于低频连续波的磁声耦合成像激励与检测方法的装置，其特征在于，所述的检测器(3)为锁相放大器，或由对样本(4)的磁声信号进行放大的放大器和根据函数 发生器(I)输出的同步信号采集放大器输出信号的数据采集卡构成。
【文档编号】A61B5/00GK104013388SQ201410264155
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】张顺起, 刘志朋, 殷涛 申请人:中国医学科学院生物医学工程研究所