一种基于低频机械振动激励的磁声电成像系统

摘要

本发明公开了一种基于低频机械振动激励的磁声电成像系统，包括水槽、机械振动激励源、控制处理装置和采集装置；控制处理装置输出驱动信号驱动机械振动激励源产生低频机械振动，机械振动激励源控制水槽内的成像体在所形成的静磁场中进行对应的低频振动；采集装置采集成像体产生的电信号和超声信号、并传输给控制处理装置；控制处理装置对该电信号进行成像处理，根据电信号和超声信号计算电流密度信息；通过将现有的声辐射力激励改变为机械振子激励，使成像体内部形成低频振动，从而实现了以低频方式激励成像体的目的，解决了现有基于超声探头的声辐射力激励方式不适用于低频振动的磁声电成像系统的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及磁声成像技术领域，尤其涉及的是一种基于低频机械振动激励的磁声电成像系统。

背景技术

磁声成像，是一种尚处于研究阶段的新多模态成像方式，在医学和图像学上具有良好的应用前景。磁声成像较之其他成像方式有许多独到之处，首先，其通过振动静磁场中的目标（成像体），使其中的离子在静磁场中运动，在受到洛伦兹力的影响下而产生电荷分离，形成局部电场，产生电信号。该电信号可以通过成像体表面粘贴的电极或者远离成像体的线圈进行接收，进而重构形成电导率图像。

目前，国内的中国科学院电工研究所的刘国强等在此成像领域已经进行了一定的研究，在磁声成像理论以及成像设备研制方面，都已经取得了相应的成果；其主要是通过超声功率探头激励成像体，使之在静磁场中产生振动，形成洛伦兹力产生电荷分离，从而采集电场的变化，重建图像。

我国公开号为102805621A（申请号为201210262798.8）的专利中，通过超声驱动激励源发射激励信号通过驱动电缆激励超声发射探头，超声发射探头发射的超声信号与检测样本内的静磁场正交，检测电极对接收到对应的信号。我国公开号为102894974A（申请号为201210393077. 0）的专利中，超声驱动激励源发射脉冲超声激励信号，通过超声驱动电缆发送至超声探头阵列。超声探头阵列通过耦合剂与生物体接触，控制系统控制超声阵列探头发射聚焦超声，在生物组织内部一定深度的局部区域中激发声辐射力，引起断层面内的局部聚焦区质点振动。磁体系统在断层面处产生均匀静磁场。由质点振动速度和均匀静磁场共同作用引起聚焦区内产生洛伦兹力，从而在断层面内产生电流分布。

现有专利中，激励成像体内部振动的激励源均是采用超声探头，其振动频率一般在500KHz以上。但是，离子在静电场中的电荷分离程度跟振动频率有着一定联系的，高频振动中成像体的电信号输出与低频振动中的输出有所不同。为了更好地了解在不同振动频率下的磁声成像效果，需要对原来激励装置作宽频谱改进。由于低频振动频率在听阈频段内，已经超出了超声探头的带宽（超声探头一般在MHz级），因此，声辐射力激励方式不适用于低频振动的磁声电成像系统。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于低频机械振动激励的磁声电成像系统，以解决现有基于超声探头的声辐射力激励方式不适用于低频振动的磁声电成像系统的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于低频机械振动激励的磁声电成像系统，包括水槽，其还包括机械振动激励源、控制处理装置和采集装置；

所述控制处理装置输出驱动信号驱动机械振动激励源产生低频机械振动，机械振动激励源控制水槽内的成像体在所形成的静磁场中进行对应的低频振动；采集装置采集成像体产生的电信号和超声信号、并传输给控制处理装置；控制处理装置对该电信号进行成像处理，根据电信号和超声信号计算电流密度信息。

所述的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统中，所述机械振动激励源包括：用于产生静磁场的两块平行磁体、用于产生低频机械振动的机械振子、用于传递低频机械振动的传递棒和用于将机械振子固定在水槽上方的固定架；

所述两块平行磁体平行相对地设置在水槽的左、右两侧；所述机械振子的底部设置有螺孔，传递棒的一端设置有与该螺孔适配的螺纹，传递棒的另一端与成像体抵接；机械振子的屏蔽线连接控制处理装置。

所述的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统中，所述传递棒采用铝合金材料，且重量小于10g。

所述的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统中，所述传递棒的另一端套设一塑胶柱，塑胶柱与成像体抵接。

所述的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统中，所述固定架包括架顶、用于支撑架顶的四个支撑脚架，用于放置机械振子的升降台，用于调节升降台高度的带有外螺纹的长轴；所述升降台通过四根柱子悬空固定在架顶的下方，升降台的顶部与长轴的一端固定，架顶的顶部设置一过孔，过孔的内螺纹与长轴的外螺纹适配；长轴穿过过孔，通过旋转让升降台上升或下降。

所述的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统中，所述控制处理装置包括计算机和功率放大器；所述计算机连接功率放大器和采集装置；功率放大器的输出接口连接机械振子的屏蔽线；

所述计算机输出激励波形至功率放大器中放大，功率放大器输出对应的驱动信号来驱动机械振子产生低频振动；所述计算机对采集装置输出的数字信号进行成像处理，还根据采集装置输出的数字信号和超声信号计算电流密度信息。

所述的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统中，所述采集装置包括超声检测仪、放大与信号采集仪、信号接收线圈和超声检测探头；

所述信号接收线圈接收成像体的电信号并传输给放大与信号采集仪；放大与信号采集仪将模拟的电信号放大、转换成对应的数字信号并传输给计算机；超声检测仪通过超声检测探头采集成像体的超声信号、并传输给计算机。

相较于现有技术，本发明提供的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统，通过控制处理装置输出驱动信号驱动机械振动激励源产生低频机械振动，机械振动激励源控制水槽内的成像体在所形成的静磁场中进行对应的低频振动；采集装置采集成像体产生的电信号和超声信号、并传输给控制处理装置；控制处理装置对该电信号进行成像处理，根据电信号和超声信号计算电流密度信息；通过将现有的声辐射力激励改变为机械振子激励，使成像体内部形成低频振动，从而实现了以低频方式激励成像体的目的，解决了现有基于超声探头的声辐射力激励方式不适用于低频振动的磁声电成像系统的问题。

附图说明

图1是本发明提供的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统的结构框图。

图2是本发明提供的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统的示意图。

图3是本发明提供的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统中机械振动激励源的结构图。

图4是本发明提供的机械振子、传递棒和塑胶柱的连接示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于低频机械振动激励的磁声电成像系统，与现有磁声电成像系统相比，改变了激励方式，将原来的声辐射力激励方式改变为机械振子激励方式；即采用机械振子直接作用于成像体表面来产生振动激励，其频率一般在KHz级，可以较好地使成像体内部形成低频振动，从而实现了以低频方式激励成像体的目的。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1和图2，本发明提供的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统包括机械振动激励源100、水槽2、控制处理装置200和采集装置300；所述控制处理装置200输出驱动信号驱动机械振动激励源100产生低频机械振动，机械振动激励源100控制水槽2内的成像体11在所形成的静磁场中进行对应的低频振动；采集装置300采集成像体11产生的电信号和超声信号、并传输给控制处理装置200；控制处理装置200对该电信号进行成像处理，根据电信号和超声信号计算电流密度信息。

需要理解的是，本实施例主要改进的是激励，将原来的高频超声激励改变为低频机械振动的激励。后续采集装置300的采集方式、控制处理装置200的成像处理、电流密度信息的计算的具体方法为现有技术，此处不作详述。

请一并参阅图3和图4，所述机械振动激励源100包括：用于产生静磁场的两块平行磁体1、用于产生低频机械振动的机械振子6（图3中的黑色物体，实物中机械振子的外壳也为黑色，外形为筒状，实际上是一个大功率音箱）、用于传递低频机械振动的传递棒12和用于将机械振子6固定在水槽2上方的固定架13。所述两块平行磁体1平行相对地设置在水槽2的左、右两边。如图4所示，所述机械振子6的底部设置有螺孔61，传递棒12的一端设置有与该螺孔61适配的螺纹，传递棒12的一端旋转进入螺孔61从而进行固定，传递棒12的另一端与成像体11抵接。机械振子6本身自带的用于传递驱动信号的屏蔽线62连接（电气连接）控制处理装置（具体是下述的功率放大器5的输出接口上）。

机械振子6与成像体11之间通过传递棒12进行接触。在进行成像时，机械振子6产生低频振动，传递棒12就将这种低频振动传递给成像体11，使得成像体11也产生低频振动。这样成像体11就能在静磁场中产生电信号。为了使低频振动完全地传递至成像体11上，所述传递棒12的要求是轻、坚固；较重则振动效果较差，或振动不起来，影响振动效果；则传递棒12选择铝合金材料，且重量需小于10g。

若传递棒12直接与成像体11的表面接触，振动过程中可能会磨损成像体11、或使传递棒12不能完全接触成像体11（成像体11通常为球体，传递棒12为细长的棒，两者的接触面积较少）。进一步实施例中，可在传递棒12的另一端套设一白色的塑胶柱14，塑胶柱14与成像体抵接，通过塑胶柱14来扩大与成像体的接触面积，还能避免磨损。

所述固定架13包括架顶131、用于支撑架顶131的四个支撑脚架132，用于放置机械振子6的升降台133，用于调节升降台133高度的带有外螺纹的长轴134；所述升降台133通过四根柱子135悬空固定在架顶131的下方，升降台133的顶部与长轴134的一端固定。架顶131的顶部设置一过孔，过孔的内螺纹与长轴134的外螺纹适配。长轴134穿过过孔，通过旋转可以让升降台133上升或下降，从而带动振子机械振子6升高或降低，以便塑胶柱14能与成像体抵接。

需要理解的是，所述固定架13还可以有其他结构，只要能调节机械振子6的位置，使塑胶柱与成像体抵接即可。此处对固定架13的结构不作限定。

所述控制处理装置200包括计算机3和功率放大器5。所述计算机3连接功率放大器5和采集装置300。所述计算机3作为整个系统的信号处理核心与同步时钟输出装置，其输出激励波形至功率放大器5中放大（将信号的幅度与功率都增加），功率放大器5输出对应的驱动信号来驱动机械振子6产生低频振动。所述计算机3接收放大与信号采集仪7输出的数字信号进行成像处理。计算机3还根据接收的数字信号和超声信号计算电流密度信息。计算机3进行的成像处理（包括相关成像算法）、电流密度信息的计算方法为现有技术，此处不作详述。

所述采集装置300包括超声检测仪4、放大与信号采集仪7、信号接收线圈8和超声检测探头10；所述信号接收线圈8用于接收成像体11的电信号并传输给放大与信号采集仪7。放大与信号采集仪7将模拟的电信号放大、转换成对应的数字信号并传输给计算机3。超声检测仪4和超声检测探头10作为超声检测装置，超声检测仪4通过超声检测探头10采集成像体11的超声信号、并传输给计算机3。水槽2一侧面上设置有声窗，超声检测探头10通过该声窗对水槽内的成像体进行检测。声窗为现有技术，此处不作详述。

进一步实施例中，所述采集装置300还包括镀银电极9，镀银电极9的正负极固定在成像体11的两端。由于镀银电极9直接与成像体11接触，其采集的成像体11的电信号会更加准确。具体实施时可选择信号接收线圈8或镀银电极9来接收成像体11的电信号并传输给放大与信号采集仪7。

所述磁声电成像系统的工作原理如下：

水槽 2 内盛有去耦合等离子水或绝缘油溶液，成像体11被完全覆盖。

计算机3输出激励波形通过功率放大器5放大之后，输出驱动信号驱动机械振子6产生低频振动。该低频振动通过传递棒12、塑胶柱14传送至成像体11上，带动成像体11在两块平行磁体1所形成的静磁场中进行振动。

当成像体11内产生电场时，其电信号可以通过镀银电极9或者信号接收线圈8进行接收，接收的电信号经由放大与信号采集仪7放大之后转化为数字信号。计算机3接收该数字信号、进而进行后续的成像处理。超声检测仪4将通过超声检测探头10采集到的超声信号传送给计算机3。计算机3根据放大与信号采集仪7输出的数字信号和超声检测仪4传送来的超声信号，计算出成像体中低频振动转播路径上各质点的运动速度，从而获得电流密度信息。

综上所述，本发明的基于低频机械振动激励的磁声电成像系统，采用机械振子进行低频机械振动，通过传递棒作用于成像体表面来产生振动激励，机械振子的频率在KHz级，可以较好地使成像体内部形成低频振动，从而实现了以低频方式激励成像体的目的；解决了现有基于超声探头的声辐射力激励方式不适用于低频振动的磁声电成像系统的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。