專利名稱：一種磁聲電成像系統(tǒng)及成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)成像方法及裝置，特別涉及一種磁聲電成像方法及裝置。
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，為解決此問題，人們提出了各種新型成像方法。磁聲電成像就是一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，通過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，并給出一維模型，利用普通超聲探頭和薄銅片搭建的簡單實(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)仍舊采用一維銅片樣本，利用電極對(duì)進(jìn)行測量，并根據(jù)互易定理推導(dǎo)出測量電壓與聲場和電磁場之間簡單關(guān)系式，在系統(tǒng)的配置方面沒有提及。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，但是目前尚停留在理論研究和離體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究階段。采用超聲激勵(lì)生物組織，成像的橫向分辨率取決于焦斑的大小，而軸向分辨率取決于超聲脈沖的脈寬大小。生物組織內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度無法作為已知量，只能假定生物組織聲學(xué)特性均勻，并采用聲場正問題數(shù)值模擬的方法獲得生物體內(nèi)不同位置的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，這與實(shí)際情況有所偏離。

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)，提出的一種新的磁聲電成像裝置和方法。本發(fā)明的主要原理為將兩束頻率接近的超聲波聚焦注入生物組織，在生物組織一定深度內(nèi)產(chǎn)生聲輻射力，形成焦斑大小的聚焦區(qū)，聚焦區(qū)中局部離子隨聲波的傳播而振動(dòng)，振動(dòng)頻率為兩束超聲波的差頻。振動(dòng)的離子在有靜磁場的情況下，會(huì)受到洛侖茲力的作用，引起電荷分離，產(chǎn)生庫侖電場，利用貼放在生物體表面的電極對(duì)或非接觸的線圈測量電壓信號(hào)，并通過超聲檢測裝置檢測聚焦區(qū)位置和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。這樣，聚焦區(qū)位置和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度以及靜磁場均為已知參數(shù)，避免了現(xiàn)有只能假定生物組織聲學(xué)特性均勻的數(shù)值模擬方法的不足。進(jìn)而利用互易定理建立測量電壓信號(hào)與聚焦區(qū)電導(dǎo)率的非線性關(guān)系，重構(gòu)電阻抗圖像。本發(fā)明所述的成像方法，成像的橫向分辨率和軸向分辨率均取決于焦斑的大小。本發(fā)明磁聲電成像系統(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)、電極對(duì)或線圈，以及信號(hào)檢測處理系統(tǒng)。超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源和超聲探頭連接，控制系統(tǒng)和超聲探頭連接；電極對(duì)或線圈、信號(hào)檢測處理系統(tǒng)、圖像重建系統(tǒng)依次連接。通過控制系統(tǒng)使超聲探頭陣列處于發(fā)射或測量兩種模式。
本發(fā)明方法根據(jù)以下建立的電壓信號(hào)與電導(dǎo)率的非線性關(guān)系，重建斷層面的電導(dǎo)率圖像。重建過程包括四個(gè)步驟I、利用互易定理建立實(shí)際測量過程與假想過程物理量的對(duì)應(yīng)關(guān)系(I)實(shí)際測量過程為在超聲激勵(lì)和靜磁場共同作用聚焦區(qū)中，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為Vex,靜磁場為Bez，所述的靜磁場由磁體系統(tǒng)產(chǎn)生，其對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是已知的，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度V是通過超聲回波測定的。電極對(duì)或線圈測量到的電壓信號(hào)為U，ex和ez分別為直角坐標(biāo)系下X和z方向的單位矢量。(2)假想過程為去除超聲激勵(lì)和靜磁場，將實(shí)際測量過程中的電極對(duì)或線圈，改為注入電極或激勵(lì)線圈，并通入單位電流，設(shè)此時(shí)在聚焦區(qū)的電流密度的y分量為J，聚焦區(qū)很小，則根據(jù)互易定理有U = / sJey · (VexXBez) ds(I)上式中，ey為直角坐標(biāo)系下y方向的單位矢量。2、根據(jù)測得的電壓U重建超聲激勵(lì)和靜磁場共同作用聚焦區(qū)內(nèi)假想過程的電流密度的y分量；實(shí)際上超聲激勵(lì)和靜磁場共同作用聚焦區(qū)面積S很小，可以假定所述的聚焦區(qū)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度、靜磁場、電流密度均勻，則根據(jù)公式(I)，有
權(quán)利要求
1.一種磁聲電成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的磁聲電成像系統(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)、磁體系統(tǒng)(40)、電極對(duì)或線圈(50)、信號(hào)檢測處理系統(tǒng)(60)、圖像重建系統(tǒng)(70)和控制系統(tǒng)(80);所述的超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源(10)與超聲探頭陣列(20)連接，控制系統(tǒng)(80)與超聲探頭陣列(20)連接；電極對(duì)或線圈(50)、信號(hào)檢測處理系統(tǒng)(60)、圖像重建系統(tǒng)(70)依次順序連接；所述的磁體系統(tǒng)(40)為永磁體或電磁體或超導(dǎo)磁體。
2.一種應(yīng)用權(quán)利要求I所述的磁聲電成像系統(tǒng)的成像方法，其特征在于采用聲輻射力在生物組織內(nèi)部產(chǎn)生聚焦區(qū)，采用超聲回波技術(shù)測量聚焦區(qū)位置和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像方法，其特征在于所述的聚焦區(qū)面積小，使得聚焦區(qū)內(nèi)靜磁場、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和假想過程的電流密度能夠近似為均勻值，從而建立起測量電壓與假想過程的電流密度的線性關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的成像方法，其特征在于超聲驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源(10)發(fā)射脈沖超聲激勵(lì)信號(hào)，所發(fā)射的激勵(lì)信號(hào)發(fā)送至超聲探頭陣列(20);超聲探頭陣列(20)通過耦合劑(30)與生物體(90)接觸；控制系統(tǒng)(80)控制超聲探頭陣列(20)發(fā)射聚焦超聲，在生物體的組織內(nèi)部的局部區(qū)域中激發(fā)聲輻射力，引起所述生物體的組織內(nèi)部局部區(qū)域斷層面內(nèi)的局部聚焦區(qū)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)；磁體系統(tǒng)(40)在所述的生物體組織局部區(qū)域斷層面產(chǎn)生均勻靜磁場；所述的聚焦區(qū)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和均勻靜磁場方向垂直，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和均勻靜磁場二者共同作用引起聚焦區(qū)內(nèi)產(chǎn)生洛倫茲力；由于洛倫茲力的作用，引起聚焦區(qū)電荷分離，產(chǎn)生庫侖電場，在所述的斷層面內(nèi)產(chǎn)生電流分布；利用貼放在所述的斷層面上的電極對(duì)或線圈(50)測量電壓信號(hào)，通過信號(hào)檢測處理系統(tǒng)(60)記錄電壓信號(hào)；超聲探頭陣列(20)通過控制系統(tǒng)(80)切換到測量模式，通過超聲回波測量獲得聚焦區(qū)的位置坐標(biāo)以及質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，并通過信號(hào)檢測處理系統(tǒng)(60)記錄；利用測量到的電壓信號(hào)、聚焦區(qū)位置信息、聚焦區(qū)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，以及已知的靜磁場信息，采用圖像重建系統(tǒng)重建獲得電導(dǎo)率圖像。
全文摘要
一種磁聲電成像系統(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)、電極對(duì)或線圈、信號(hào)檢測處理系統(tǒng)。通過控制系統(tǒng)使超聲探頭陣列處于發(fā)射或測量兩種模式。磁聲電成像系統(tǒng)的成像方法，其特征在于采用聲輻射力在生物組織內(nèi)部產(chǎn)生聚焦區(qū)，并采用超聲回波技術(shù)測量聚焦區(qū)位置和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。由于聚焦區(qū)面積小，使得聚焦區(qū)內(nèi)靜磁場、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和假想過程的電流密度可以近似為均勻值，從而建立起測量電壓與假想過程的電流密度的線性關(guān)系。
文檔編號(hào)A61B5/053GK102894974SQ20121039307
公開日2013年1月30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)明者劉國強(qiáng), 陸敏華, 夏慧, 李士強(qiáng), 李艷紅, 夏正武, 王霜, 黃欣 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電工研究所