本發(fā)明涉及醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

癌癥已成威脅人類(lèi)健康的首要?dú)⑹帧Ｄ[瘤機(jī)理研究表明，在腫瘤的發(fā)展過(guò)程中，血管新生會(huì)導(dǎo)致組織電導(dǎo)率變化。因而，測(cè)量組織電導(dǎo)率對(duì)于疾病的早期無(wú)創(chuàng)診斷具有重要應(yīng)用價(jià)值。

磁聲耦合成像是一種新型無(wú)創(chuàng)生物組織電特性功能成像技術(shù)，根據(jù)激勵(lì)方式不同可分為注入電流式磁聲耦合成像與感應(yīng)式磁聲耦合成像。感應(yīng)式磁聲耦合成像的原理圖如圖1所示，其主要原理是將目標(biāo)體置于靜態(tài)磁場(chǎng)b0中，使用激勵(lì)線(xiàn)圈代替驅(qū)動(dòng)電極，對(duì)激勵(lì)線(xiàn)圈施加高壓脈沖電流j(t)產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)b(t)，脈沖磁場(chǎng)使目標(biāo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流密度j，感應(yīng)電流密度j在靜磁場(chǎng)b0作用下產(chǎn)生洛倫茲力fl，繼而產(chǎn)生振動(dòng)，激發(fā)出超聲波，通過(guò)聲換能器檢測(cè)目標(biāo)體四周的聲波信號(hào)，這種使用單振元超聲傳感器接收聲信號(hào)，都是屬于被動(dòng)探測(cè)，即生物組織受洛倫茲力后激發(fā)出超聲波，經(jīng)介質(zhì)(一般為水)中傳播出去，利用聲傳感器接收聲波信號(hào)后轉(zhuǎn)為電信號(hào)，以重建出目標(biāo)體電導(dǎo)率分布圖像，但該方式還存在許多問(wèn)題。

首先，感應(yīng)式磁聲耦合成像通常采用μs級(jí)窄脈沖進(jìn)行激勵(lì)，受換能器工作頻率范圍限制，換能器能接收到的聲信號(hào)能量有限，致使脈沖能量轉(zhuǎn)換率不高；其次，換能器產(chǎn)生的電信號(hào)能量來(lái)自由洛倫茲力激發(fā)的微弱振動(dòng)傳播了幾十毫米的聲波，故此被動(dòng)式接收的磁聲信號(hào)微弱。為了提高對(duì)于弱導(dǎo)電的人體組織的靈敏度，已經(jīng)發(fā)表的實(shí)施方法通常采用kv級(jí)高電壓激勵(lì)來(lái)提高感應(yīng)電流密度j的強(qiáng)度，另外，微弱的磁聲信號(hào)也易于受到高頻空間電磁場(chǎng)耦合干擾，限制了成像質(zhì)量；且聲傳感器接收到的聲波信號(hào)是所有路徑聲波信號(hào)的積分和，外界噪聲也混入其中，導(dǎo)致信號(hào)信噪比低(故要做放大濾波)，重建難度增大；同時(shí)采用單振元換能器和單通道系統(tǒng)接收磁聲信號(hào)，令每次對(duì)線(xiàn)圈作脈沖激勵(lì)后只能采集單一空間點(diǎn)的磁聲信號(hào)，為了形成一幀二維圖像，需要采用機(jī)械掃描裝置帶動(dòng)單振元換能器于每一個(gè)像素采集數(shù)據(jù)，加上上述的靈敏度問(wèn)題，采用重復(fù)多次激勵(lì)采集信號(hào)來(lái)提高信噪比，導(dǎo)致采集時(shí)間長(zhǎng)，目標(biāo)體需要長(zhǎng)時(shí)間暴露在脈沖磁場(chǎng)區(qū)域才能采集足夠多的數(shù)據(jù)用以成像，且存在一定安全性問(wèn)題。

并且，由于超聲探頭所要檢測(cè)的超聲波頻率與激勵(lì)磁場(chǎng)b(t)頻率相同，因此，超聲探頭會(huì)受到來(lái)自激勵(lì)線(xiàn)圈的不可避免的直接電磁干擾，此干擾信號(hào)與樣品因受洛倫茲力機(jī)制所產(chǎn)生的信號(hào)無(wú)關(guān)，為了部分減少電磁干擾，探頭可以放置在與感應(yīng)線(xiàn)圈和樣品更遠(yuǎn)的距離處，但這種做法同時(shí)也降低了靈敏度和信噪比

因而現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法及系統(tǒng)，采用低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)大大降低了激勵(lì)源設(shè)計(jì)要求，節(jié)約成像裝置成本，同時(shí)采用多通道數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)目標(biāo)物體的位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)和分析，有效避免了被動(dòng)檢測(cè)聲信號(hào)低信噪比的限制，提高了采集效率及圖像重建效果。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法，其包括如下步驟：

a、對(duì)激勵(lì)線(xiàn)圈施加低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)；

b、位于靜態(tài)磁場(chǎng)中的目標(biāo)物體在動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)和靜態(tài)磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生洛倫茲力，并在洛倫茲力的作用下產(chǎn)生振動(dòng)位移信號(hào)；

c、通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)所述振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)，根據(jù)目標(biāo)物體反饋的回波信號(hào)分析目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息；

d、根據(jù)所述振動(dòng)位移及振速信息重建目標(biāo)物體的電導(dǎo)率分布圖像。

所述的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法中，所述步驟c包括步驟：c1、由多通道數(shù)據(jù)采集模塊向目標(biāo)物體發(fā)射探測(cè)平面波，并采集目標(biāo)物體的超聲回波信號(hào)；

c2、根據(jù)所述超聲回波信號(hào)計(jì)算目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息。

所述的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法中，所述步驟c1具體包括：由彼此成預(yù)設(shè)角度的超聲探頭沿各自的波束反向交替向目標(biāo)物體發(fā)射探測(cè)平面波，并采集目標(biāo)物體的超聲回波信號(hào)。

所述的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法中，所述步驟c2包括步驟：

c21、對(duì)超聲回波信號(hào)原始數(shù)據(jù)做波速合成得到超聲射頻信號(hào)；

c22、對(duì)所述超聲射頻信號(hào)做希爾伯特變換后得到其正交分量信號(hào)；

c23、對(duì)所述正交分量信號(hào)做互相關(guān)計(jì)算，并將互相關(guān)系數(shù)極大值點(diǎn)處的位移除以相鄰兩幀數(shù)據(jù)間的時(shí)間間隔，得到對(duì)應(yīng)于目標(biāo)物體的相對(duì)平均移動(dòng)速度；

c24、對(duì)所述相對(duì)平均移動(dòng)速度做時(shí)間積分計(jì)算出目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移。

所述的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法中，所述步驟d包括：

d1、根據(jù)位移控制方程以及目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移得出洛倫茲力的值；

d2、根據(jù)洛倫茲力的值和當(dāng)前磁場(chǎng)的總磁通密度計(jì)算電流密度；

d3、根據(jù)所述電流密度和當(dāng)前激勵(lì)線(xiàn)圈提供的電場(chǎng)強(qiáng)度得出電導(dǎo)率分布圖像。

所述的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法中，所述位移控制方程為其中g(shù)為目標(biāo)物體的剪切模量；υ為目標(biāo)物體的泊松比；u為振動(dòng)位移；ρ為目標(biāo)物體的密度，f為洛倫茲力。

所述的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法中，所述總磁通密度為靜態(tài)磁場(chǎng)的磁通密度和動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)的磁通密度的矢量疊加。

所述的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法中，所述低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)為低頻連續(xù)正弦信號(hào)。

一種基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像系統(tǒng)，其包括：

激勵(lì)線(xiàn)圈；

信號(hào)發(fā)生器，用于對(duì)所述激勵(lì)線(xiàn)圈施加低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)；

靜磁場(chǎng)模塊，用于提供靜態(tài)磁場(chǎng)；

多通道數(shù)據(jù)采集模塊，用于對(duì)目標(biāo)物體產(chǎn)生的振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)，根據(jù)探測(cè)信號(hào)分析目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息；

重建模塊，用于根據(jù)所述振動(dòng)位移及振速信息重建目標(biāo)物體的電導(dǎo)率分布圖像。

所述的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像系統(tǒng)中，所述多通道數(shù)據(jù)采集模塊為多通道超聲換能器。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法及系統(tǒng)中，所述基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法通過(guò)對(duì)激勵(lì)線(xiàn)圈施加低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)；之后位于靜態(tài)磁場(chǎng)中的目標(biāo)物體在動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)和靜態(tài)磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生洛倫茲力，并在洛倫茲力的作用下產(chǎn)生振動(dòng)位移信號(hào)；之后通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)所述振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)，根據(jù)目標(biāo)物體反饋的回波信號(hào)分析目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息；之后根據(jù)所述振動(dòng)位移及振速信息重建目標(biāo)物體的電導(dǎo)率分布圖像。采用低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)大大降低了激勵(lì)源設(shè)計(jì)要求，節(jié)約成像裝置成本，同時(shí)采用多通道數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)目標(biāo)物體的位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)和分析，有效避免了被動(dòng)檢測(cè)聲信號(hào)低信噪比的限制，提高了采集效率及圖像重建效果。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中磁聲耦合成像的原理圖。

圖2為本發(fā)明提供的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法的流程圖。

圖3為本發(fā)明提供的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法的原理圖。

圖4為本發(fā)明提供的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

鑒于現(xiàn)有技術(shù)，感應(yīng)式磁聲耦合成像采用的高壓輸出寬帶脈沖激勵(lì)方式存在的設(shè)計(jì)難度、低靈敏度和安全性等缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法及系統(tǒng)，采用低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)大大降低了激勵(lì)源設(shè)計(jì)要求，節(jié)約成像裝置成本，同時(shí)采用多通道數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)目標(biāo)物體的位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)和分析，直接檢測(cè)洛倫茲力產(chǎn)生的震動(dòng)，有效避免了被動(dòng)檢測(cè)聲信號(hào)低信噪比的限制，提高了采集效率及圖像重建效果。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖2和圖3，本發(fā)明提供的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法包括如下步驟：

s100、對(duì)激勵(lì)線(xiàn)圈施加低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)；

s200、位于靜態(tài)磁場(chǎng)中的目標(biāo)物體在動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)和靜態(tài)磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生洛倫茲力，并在洛倫茲力的作用下產(chǎn)生振動(dòng)位移信號(hào)；

s300、通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)所述振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)，根據(jù)目標(biāo)物體反饋的回波信號(hào)分析目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息；

s400、根據(jù)所述振動(dòng)位移及振速信息重建目標(biāo)物體的電導(dǎo)率分布圖像。

具體實(shí)施時(shí)，如圖3所示，將目標(biāo)物體放置在靜態(tài)磁場(chǎng)中，具體可采用永磁鐵提供該靜態(tài)磁場(chǎng)b0，則目標(biāo)物體位于永磁鐵與激勵(lì)線(xiàn)圈之間，之后對(duì)激勵(lì)線(xiàn)圈施加低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)，產(chǎn)生一動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)bs(t)，所述低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)的頻率范圍為10hz-10khz，優(yōu)選為0.1khz，例如對(duì)激勵(lì)線(xiàn)圈施加0.1khz連續(xù)正弦激勵(lì)信號(hào)i0sin(ωt)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)bs(t)，目標(biāo)物體在所述動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)bs(t)下產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在靜態(tài)磁場(chǎng)b0的作用下繼而產(chǎn)生洛倫茲力fl，目標(biāo)物體因受洛倫茲力而產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出振動(dòng)位移信號(hào)，之后通過(guò)放置在目標(biāo)物體表面的多通道數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)所述振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)，并根據(jù)目標(biāo)物體反饋的回波信號(hào)分析目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息，之后根據(jù)所述振動(dòng)位移及振速信息通過(guò)圖像重建算法重建目標(biāo)物體的電導(dǎo)率分布圖像，實(shí)現(xiàn)了組織電導(dǎo)率分布的實(shí)時(shí)成像。

本發(fā)明采用低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)方式，使用普通的信號(hào)發(fā)生器即可實(shí)現(xiàn)激勵(lì)信號(hào)，大大降低了激勵(lì)源的設(shè)計(jì)難度，降低了裝置成本，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)有的被動(dòng)探測(cè)方式缺陷，本發(fā)明采用快速主動(dòng)探測(cè)技術(shù)檢測(cè)直接檢測(cè)洛倫茲力產(chǎn)生的振動(dòng)，同時(shí)由多通道采集模塊向目標(biāo)物體發(fā)射脈沖超聲波，利用目標(biāo)物體本身的聲學(xué)特性產(chǎn)生反射或者散射回波，利用每次脈沖之間待測(cè)區(qū)域位移產(chǎn)生回波的相位變化，分析得到目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息，利用多通道采集方式大大提高數(shù)據(jù)采集效率，極大程度上縮短了采集時(shí)間，提高了成像方法的應(yīng)用安全性及穩(wěn)定性。同時(shí)本發(fā)明中的空間分辨率由多通道采集模塊的脈寬決定，使得本發(fā)明的空間分辨率和激勵(lì)磁場(chǎng)的頻率、帶寬等因數(shù)脫鉤，可以分別優(yōu)化，以達(dá)到最佳的成像效果。

當(dāng)然，需說(shuō)明的是，所述靜磁場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)方式不僅限于永磁鐵，還可采用其他方式，利用使用電磁鐵通入直流電產(chǎn)生靜磁場(chǎng)等等，且永磁鐵的形狀和大小也可根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)所述低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)可根據(jù)具體需求選取不同的波形，例如低頻連續(xù)正弦信號(hào)、低頻連續(xù)三角波信號(hào)等等，本發(fā)明對(duì)此不作限定。

具體地，所述步驟s300包括步驟：

s301、由多通道數(shù)據(jù)采集模塊向目標(biāo)物體發(fā)射探測(cè)平面波，并采集目標(biāo)物體的超聲回波信號(hào)；

s302、根據(jù)所述超聲回波信號(hào)計(jì)算目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息。

本實(shí)施例中，所述多通道數(shù)據(jù)采集模塊可采用多通道超聲換能器，具體可使用多通道超聲數(shù)據(jù)采集平臺(tái)來(lái)采集目標(biāo)物體的振動(dòng)位移信號(hào)。多通道可編程超聲成像平臺(tái)可直接提供多通道(>＝128)超聲射頻數(shù)據(jù)，。

基于多通道超聲數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，使用其配置的多通道超聲換能器，例如128通道或256通道線(xiàn)陣換能器以主動(dòng)探測(cè)方式去檢測(cè)目標(biāo)物體的位移，具體為將該多通道超聲換能器放置在目標(biāo)物體的表面，向目標(biāo)物體發(fā)射探測(cè)平面波，之后采集目標(biāo)物體的超聲回波信號(hào)，根據(jù)所述超聲回波信號(hào)對(duì)其進(jìn)行位移信號(hào)分析，計(jì)算得到目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息，以用于后續(xù)計(jì)算目標(biāo)物體的電導(dǎo)率成像，針對(duì)目前感應(yīng)式磁聲耦合成像采用的單振元聲換能器旋轉(zhuǎn)接收磁聲信號(hào)存在的檢測(cè)精度低和實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題采用，本發(fā)明該主動(dòng)探測(cè)振動(dòng)位移信號(hào)可以避免被動(dòng)檢測(cè)聲信號(hào)低信噪比的限制，提升圖像重建效果，同時(shí)多通道超聲換能器相較單通道換能器采集效率高，極大程度降低采集所需時(shí)間，平臺(tái)采集的原始數(shù)據(jù)含有生物組織各個(gè)像素點(diǎn)的豐富信息量，避免逐點(diǎn)掃描，可實(shí)現(xiàn)生物組織內(nèi)部精確成像。

具體地，所述步驟s301具體包括：由彼此成預(yù)設(shè)角度的超聲探頭沿各自的波束反向交替向目標(biāo)物體發(fā)射探測(cè)平面波，并采集目標(biāo)物體的超聲回波信號(hào)。傳統(tǒng)的感應(yīng)式磁聲耦合成像圖像重建方法中，通常是根據(jù)超聲探頭在有限數(shù)量的觀測(cè)點(diǎn)獲取壓力p測(cè)量值后，從壓力值中獲取速度v的矢量場(chǎng)，進(jìn)而計(jì)算出洛倫茲場(chǎng)、感應(yīng)電流密度場(chǎng)和電導(dǎo)率，但是由于壓力p測(cè)量值是超聲探頭在有限數(shù)量觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)量測(cè)量值，而速度v為矢量場(chǎng)，因此并沒(méi)有足夠的信息來(lái)玩去確定矢量場(chǎng)，使得速度v矢量場(chǎng)不確定，影響后續(xù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

在本發(fā)明中，主動(dòng)探測(cè)技術(shù)通過(guò)由彼此成預(yù)設(shè)角度的超聲探頭沿各自的波束反向交替向目標(biāo)物體發(fā)射探測(cè)平面波，并采集目標(biāo)物體的超聲回波信號(hào)，即通過(guò)以彼此成預(yù)設(shè)角度(例如直角)定位的兩個(gè)超聲探頭，每個(gè)探頭沿其波束反向來(lái)提供速度分量，兩個(gè)超聲探頭以交錯(cuò)的方式工作，進(jìn)而直接提供了全速度矢量場(chǎng)，消除了獲取速度v矢量場(chǎng)不確定的問(wèn)題，提高圖像重建的準(zhǔn)確性。并且，本發(fā)明中，由于以獨(dú)立于激勵(lì)線(xiàn)圈頻率的頻率工作，從而規(guī)避了從激勵(lì)線(xiàn)圈到超聲探頭的電磁干擾問(wèn)題。事實(shí)上，激勵(lì)頻率與主動(dòng)檢測(cè)方法的脈沖重復(fù)頻率(prf)相同。即使激勵(lì)線(xiàn)圈確實(shí)引起了對(duì)超聲探頭的相互作用，也可以通過(guò)超聲子系統(tǒng)的前端(fe)和/或數(shù)字信號(hào)處理級(jí)中的高通濾波器容易地消除。

進(jìn)一步地，所述步驟s302具體包括：

s321、對(duì)超聲回波信號(hào)原始數(shù)據(jù)做波速合成得到超聲射頻信號(hào)；

s322、對(duì)所述超聲射頻信號(hào)做希爾伯特變換后得到其正交分量信號(hào)；

s323、對(duì)所述正交分量信號(hào)做互相關(guān)計(jì)算，并將互相關(guān)系數(shù)極大值點(diǎn)處的位移除以相鄰兩幀數(shù)據(jù)間的時(shí)間間隔，得到對(duì)應(yīng)于目標(biāo)物體的相對(duì)平均移動(dòng)速度；

s324、對(duì)所述相對(duì)平均移動(dòng)速度做時(shí)間積分計(jì)算出目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移。

具體來(lái)說(shuō)，多通道超聲數(shù)據(jù)采集平臺(tái)可提供超聲回波信號(hào)原始數(shù)據(jù)，利用das(delayandsum，延時(shí)累加)對(duì)超聲回波信號(hào)原始數(shù)據(jù)做波速合成可得超聲射頻(rf)信號(hào)，之后對(duì)所述超聲射頻信號(hào)做希爾伯特變換后得到其正交分量信號(hào)(iq分量)，利用所得到的正交分量信號(hào)做互相關(guān)計(jì)算，將其互相關(guān)系數(shù)極大值點(diǎn)處的位移除以相鄰兩幀數(shù)據(jù)間的時(shí)間間隔，即可得到對(duì)應(yīng)于目標(biāo)物體的相對(duì)平均移動(dòng)速度，即振速信息，最后對(duì)所述相對(duì)平均移動(dòng)速度做時(shí)間積分計(jì)算出精確的目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移距離，即其振動(dòng)位移，從而實(shí)現(xiàn)了以主動(dòng)檢測(cè)方式來(lái)檢測(cè)位移，能得到精確的振動(dòng)位移信息以用于后續(xù)的電導(dǎo)率分布圖像重建，有效避免了被動(dòng)檢測(cè)聲信號(hào)低信噪比的限制，提升圖像重建效果。具體的計(jì)算公式為：

其中i為rf信號(hào)的同相分量；q為rf信號(hào)正交分量；u為組織相對(duì)平均位移估計(jì)量；m為取樣容積數(shù)；n為時(shí)間取樣窗口長(zhǎng)度；c為聲速；fc為rf信號(hào)的中心頻率。

更進(jìn)一步地，在得到各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息后，可根據(jù)圖像重建算法重建目標(biāo)物體的電導(dǎo)率分布圖像，具體所述步驟s400包括步驟：

s401、根據(jù)位移控制方程以及目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移得出洛倫茲力的值；

s402、根據(jù)洛倫茲力的值和當(dāng)前磁場(chǎng)的總磁通密度計(jì)算電流密度；

s403、根據(jù)所述電流密度和當(dāng)前激勵(lì)線(xiàn)圈提供的電場(chǎng)強(qiáng)度得出電導(dǎo)率分布圖像。

當(dāng)?shù)玫侥繕?biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移后，因目標(biāo)物體內(nèi)的感應(yīng)電流j在磁場(chǎng)b0受洛倫茲力f而產(chǎn)生振動(dòng)，即可視其為目標(biāo)體物內(nèi)的振動(dòng)源，因此利用位移控制方程可得出洛倫茲力f，具體所述位移控制方程為其中g(shù)為目標(biāo)物體的剪切模量；υ為目標(biāo)物體的泊松比；u為振動(dòng)位移；ρ為目標(biāo)物體的密度，f為洛倫茲力。

得到洛倫茲力f后，由于洛倫茲力f＝j(luò)×b，其中j為電流密度，b為總磁通密度，因此根據(jù)洛倫茲力的值和當(dāng)前磁場(chǎng)的總磁通密度計(jì)算電流密度，其中所述總磁通密度為靜態(tài)磁場(chǎng)的磁通密度和動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)的磁通密度的矢量疊加，靜態(tài)磁場(chǎng)的磁通密度由靜態(tài)磁場(chǎng)提供方式?jīng)Q定，例如永磁鐵的固有參數(shù)，動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)的磁通密度由激勵(lì)線(xiàn)圈決定。

得出電流密度j之后，即可根據(jù)所述電流密度和當(dāng)前激勵(lì)線(xiàn)圈提供的電場(chǎng)強(qiáng)度得出電導(dǎo)率分布圖像，即j＝σe，其中e為當(dāng)前激勵(lì)線(xiàn)圈提供的電場(chǎng)強(qiáng)度，其由激勵(lì)線(xiàn)圈的參數(shù)決定，σ為電導(dǎo)率，得到電導(dǎo)率σ之后繼而可得到目標(biāo)物體的電導(dǎo)率分布特性圖像，實(shí)現(xiàn)基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像。

在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，激勵(lì)線(xiàn)圈和數(shù)據(jù)采集以不同的頻率重復(fù)。這種方法提供豐富的信息，因?yàn)楦袘?yīng)電流密度(j)與電導(dǎo)率的關(guān)系不是直接成比例的，并且可以通過(guò)分析來(lái)自不同頻率感應(yīng)過(guò)程的數(shù)據(jù)來(lái)改善電導(dǎo)率的重建。

進(jìn)一步地，不同的線(xiàn)圈激勵(lì)頻率可以組合到單個(gè)或少數(shù)激發(fā)脈沖，例如，在編碼的激勵(lì)信號(hào)或“chirp”頻率掃描激勵(lì)信號(hào)中。

在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，激勵(lì)磁場(chǎng)由提供空間變化的感應(yīng)磁場(chǎng)的多個(gè)分量線(xiàn)圈提供。使用不同分布和/或定向的感應(yīng)場(chǎng)重復(fù)磁場(chǎng)激勵(lì)和數(shù)據(jù)采集。這種方法使高級(jí)數(shù)據(jù)分析方法能夠在電導(dǎo)率3維成像中有更高的分辨率。

在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，使用單個(gè)超聲探頭，并且僅獲得速度分量(而不是全速矢量)。這導(dǎo)致定量確定電導(dǎo)率的能力降低，然而，洛倫茲力誘導(dǎo)振動(dòng)的圖像仍然是定性有用的圖像，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜性和成本降低。

在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)僅使用單個(gè)超聲探頭的替代方法來(lái)提供洛倫茲力誘導(dǎo)的速度矢量?？梢允褂弥T如矢量多普勒法的多種方法。

在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，超聲波主動(dòng)檢測(cè)子系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的彩色多普勒成像來(lái)提供速度映射，該技術(shù)只能提供有限的時(shí)間和空間分辨率，然而，這具有降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本以及廣泛可用性的優(yōu)點(diǎn)。

在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，超聲波主動(dòng)檢測(cè)子系統(tǒng)采用脈沖波多普勒測(cè)量(pwd)方法來(lái)在單個(gè)點(diǎn)或在某些情況下沿著光束線(xiàn)提供幾個(gè)點(diǎn)的速度測(cè)量，這種方法提供了出色的時(shí)間分辨率，信噪比和抗干擾能力，但是檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量從幾萬(wàn)個(gè)降低到幾個(gè)點(diǎn)。

在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，超聲波主動(dòng)檢測(cè)子系統(tǒng)采用連續(xù)波多普勒測(cè)量(cwd)來(lái)在單個(gè)點(diǎn)提供速度測(cè)量。這種方法提供優(yōu)異的時(shí)間分辨率并允許更高的激發(fā)頻率。然而，檢測(cè)位置減少到一個(gè)，空間分辨率相對(duì)較低。這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是大大降低了探頭和系統(tǒng)硬件的復(fù)雜性和成本。

本發(fā)明還相應(yīng)提供一種基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像系統(tǒng)，如圖4所示，所述基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像系統(tǒng)包括激勵(lì)線(xiàn)圈10、信號(hào)發(fā)生器20、靜磁場(chǎng)模塊30、多通道數(shù)據(jù)采集模塊40和重建模塊50，其中，所述信號(hào)發(fā)生器20用于對(duì)所述激勵(lì)線(xiàn)圈10施加低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)；所述靜磁場(chǎng)模塊30用于提供靜態(tài)磁場(chǎng)；所述多通道數(shù)據(jù)采集模塊40用于對(duì)目標(biāo)物體產(chǎn)生的振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)，根據(jù)探測(cè)信號(hào)分析目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息；所述重建模塊50用于根據(jù)所述振動(dòng)位移及振速信息重建目標(biāo)物體的電導(dǎo)率分布圖像。具體請(qǐng)參閱上述方法對(duì)應(yīng)的實(shí)施例。

其中所述靜磁場(chǎng)模塊30可選用永磁鐵，或者使用電磁鐵通入直流電產(chǎn)生靜磁場(chǎng)；所述多通道數(shù)據(jù)采集模塊40采用多通道超聲換能器，例如可使用多通道超聲數(shù)據(jù)采集平臺(tái)來(lái)采集目標(biāo)物體的振動(dòng)位移信號(hào)，具體請(qǐng)參閱上述方法對(duì)應(yīng)的實(shí)施例。

綜上所述，本發(fā)明提供的基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法及系統(tǒng)中，所述基于主動(dòng)探測(cè)的磁聲成像方法通過(guò)對(duì)激勵(lì)線(xiàn)圈施加低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)；之后位于靜態(tài)磁場(chǎng)中的目標(biāo)物體在動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)和靜態(tài)磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生洛倫茲力，并在洛倫茲力的作用下產(chǎn)生振動(dòng)位移信號(hào)；之后通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)所述振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)，根據(jù)目標(biāo)物體反饋的回波信號(hào)分析目標(biāo)物體各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移及振速信息；之后根據(jù)所述振動(dòng)位移及振速信息重建目標(biāo)物體的電導(dǎo)率分布圖像。采用低頻窄帶激勵(lì)信號(hào)大大降低了激勵(lì)源設(shè)計(jì)要求，節(jié)約成像裝置成本，同時(shí)采用多通道數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)目標(biāo)物體的位移信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)和分析，有效避免了被動(dòng)檢測(cè)聲信號(hào)低信噪比的限制，提高了采集效率及圖像重建效果。

可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。