[發明專利]一種基于場調控的耦合成像方法及其裝置

在審

• 申請號: 202010836623.8
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111887846A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 李艷紅;劉國強
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: A61B5/05
• 分類號: A61B5/05;A61B8/08;A61B8/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種基于場調控的耦合成像方法及其裝置，基于電磁超材料或電磁超材料與激勵線圈、耦合線圈的共同作用，調控磁場，將磁場能量集中至目標體區域，提高電磁與超聲耦合成像的激勵效率，優化電磁激勵聲信號的特性。基于場調控的耦合成像裝置由電源、磁場激勵源、檢測和控制系統及檢測操作平臺組成。檢測操作平臺由激勵線圈、電磁超材料、目標體、聲耦合材料或耦合介質、超聲傳感器、檢測槽及掃描系統組成，還可增加耦合線圈。通過電磁超材料或同時結合耦合線圈，調控激勵線圈產生的磁場方向，進而調控磁場作用區域，提高激勵效率。掃描系統控制超聲傳感器的位置移動，使超聲傳感器接收不同位置的聲信號并輸出，經檢測和控制系統放大、濾波，對目標體反演成像。

技術領域

本發明涉及一種基于場調控的耦合成像方法及其裝置。

背景技術

腫瘤經臨床常規診斷技術確診時多為中晚期，因而迫切需要發展能用于早期診斷的功能影像學技術。研究表明，無論是在早期診斷還是愈后和康復中，電參數都可反應組織的病變狀態，生物組織介電特性的改變與病變狀態密切相關，腫瘤在發生和發展過程中與正常組織相比，介電特性的差異較大，且介電特性的變化往往早于結構變化。

傳統電阻抗成像的對比度高，可是靈敏度和空間分辨率不足，于是，與其他物理場相結合的多物理場耦合成像技術應運而生并得以迅速發展，多物理場成像利用一種場滿足所要求的分辨率，依靠另一種場保證高對比度。電磁場與聲場相結合的多物理場成像在提高分辨率的同時保留了介電特性成像高對比度的優勢，成為研究熱點。主要分為兩類，一類是以洛倫茲力為聲源的耦合成像方法；另一類是以焦耳熱為聲源的耦合成像方法。

金屬樣本的電導率遠大于生物組織的電導率，其由電磁激勵產生的超聲信號遠強于低電導率的組織所激發的聲信號，低電導率仿體和離體生物組織作為成像目標體，將給耦合成像技術帶來了很大的挑戰。

針對電磁與超聲耦合的成像方法，目前大多數研究所采用的成像目標體電導率參數與生物組織還存在很大差距。需針對生物組織找出更適宜的激勵、檢測方式，構建更加準確的圖像重建算法，提高對低電導率成像目標體的檢測能力。

綜上所述，提高激勵磁場的利用率，提高激勵效率，是產生足夠大的可檢測的聲信號的重要環節。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術對低電導率目標體檢測能力的不足，提出一種基于場調控的耦合成像方法和裝置。

本發明方法由磁場激勵源激勵線圈產生變化的磁場，通過電磁超材料或電磁超材料與激勵線圈、耦合線圈的共同作用這兩種方式調控磁場，一種為：使用電磁超材料調控激勵線圈產生的磁場方向，使更多的磁場能量被調控到目標體；另一種為同時使用電磁超材料和耦合線圈調控磁場，利用電磁超材料調控磁場的同時，還利用耦合線圈與激勵線圈的耦合作用，將磁場能量集中至目標體區域，提高電磁與超聲耦合成像的激勵效率，優化電磁激勵聲信號的特性。

本發明利用電磁超材料的負磁導率產生負折射率的特性，調控激勵線圈產生的磁場方向，使更多的磁場作用到目標體上，從而減少系統的漏磁，增加系統的效率。同時，還可再增加耦合線圈，利用激勵線圈和耦合線圈之間的耦合作用，調節磁場能量集中區域，使更多的磁場能量被調控集中作用到目標體區域，提高激勵效率，進而提高激勵聲場的水平。本發明可實現激勵電磁場能量區域的集中，可應用于磁場與聲場耦合成像等領域，提高聲信號激勵水平。

應用本發明方法的基于場調控的耦合成像裝置，由電源、磁場激勵源、檢測操作平臺及檢測和控制系統組成。電源為磁場激勵源及檢測和控制系統供電，磁場激勵源作用于激勵線圈，產生磁場，檢測操作平臺檢測耦合成像信號，檢測和控制系統進行檢測信號的處理、采集和成像，同時實現信號采集的同步控制。

所述的電源包括向磁場激勵源供電的主電路電源和向檢測和控制系統供電的控制電路電源。主電路電源和磁場激勵源連接，磁場激勵源分別連接檢測和控制系統及檢測操作平臺。控制電路電源連接檢測和控制系統。