專利名稱：諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法及其所采用的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬生物電阻抗成像領(lǐng)域，尤其涉及諧振式磁感應(yīng)電阻抗測量，以及非線性 圖像重建的生物組織電阻抗斷層成像方法及所采用的設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于組織中細(xì)胞構(gòu)成的種類、細(xì)胞排列的方式(如疏密程度)、細(xì)胞間質(zhì)中電解質(zhì) 濃度以及細(xì)胞膜穿透性強(qiáng)弱等的不同，使得不同的生物組織、不同狀態(tài)下的同一組織都呈 現(xiàn)不同的電阻抗特性。生物電阻抗成像除了能實現(xiàn)類似于X射線成像、計算機(jī)斷層掃描成 像(CT)、核磁共振成像(MRI)、超聲波成像等的功能外，還可以得到反映生物組織生理狀態(tài) 變化的圖像，這在研究人體生理功能和疾病診斷方面具有重要的臨床價值。磁感應(yīng)成像技術(shù)根據(jù)渦流檢測原理，獲取組織電阻(電導(dǎo))率分布的成像，是醫(yī)學(xué) 領(lǐng)域的新的方法。磁感應(yīng)電阻抗成像的原理是給激勵線圈通入交流電流，交流電流產(chǎn)生交 變磁場。交變磁場在被測生物體組織中感應(yīng)渦流，此渦流電場將在被測物周圍空間產(chǎn)生極 弱的二次磁場，其強(qiáng)弱與生物體組織中電導(dǎo)率的分布直接相關(guān)。所以，只要測出空間的二次 磁場，再根據(jù)渦流密度與電導(dǎo)率的電磁關(guān)系，就能推導(dǎo)出生物體組織中電導(dǎo)率的分布情況。目前的磁感應(yīng)成像技術(shù)均采用激勵線圈與檢測線圈一致的設(shè)計方案，這種結(jié)構(gòu)不 能同時滿足產(chǎn)生較強(qiáng)激勵磁場，以及檢測線圈高靈敏度的要求，同時由于激勵線圈和檢測 線圈參數(shù)相同而增大了線圈之間的串?dāng)_，影響了成像結(jié)果。因此研究一種有效的磁感應(yīng)信 號檢測和重建方法對生物電阻抗成像有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種靈敏度高，成像效果理想，可用 于生物電阻抗剖面分布及成像分析，還可用于生物體的床旁監(jiān)護(hù)，為相關(guān)疾病的檢測提供 有效無損檢測手段的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法。另外，本發(fā)明還提供一種與上述方法相配套的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像 設(shè)備。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法是這樣實現(xiàn)的一種諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法，采用多通道諧振信號檢測，通過信 號處理、重建，以實現(xiàn)生物組織電阻抗的斷層成像，其具體步驟包括(1)將被測物置于激勵磁場中；(2)檢測由被測物產(chǎn)生的擾動磁場；(3)進(jìn)行非線性數(shù)據(jù)處理及圖像重建。作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述步驟⑴中采用通入正弦交流電的激勵線圈產(chǎn)生 激勵磁場；所述激勵線圈采用中間加入磁軛的單層線圈；所述步驟(2)中以置于所述激勵 磁場中的檢測線圈為采集端子實現(xiàn)對擾動磁場的檢測；所述步驟(3)利用檢測線圈所得信 號幅值和相位實現(xiàn)圖像重建。
作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述檢測線圈可采用2m+l個，其中m為自然數(shù)；所述檢測線圈與激勵線圈相對應(yīng)，且以半圓型方式非均勻排列；所述步驟(1)中可在激勵線圈 上施加與檢測線圈諧振頻率同頻的正弦電流以產(chǎn)生激勵磁場。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(2)中，旋轉(zhuǎn)被測物以采集多組數(shù)據(jù)。更進(jìn)一步地，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)被測物采集多組數(shù)據(jù)包括如下步驟(A)在成像區(qū)域內(nèi)沒有被測物情況下，采集一組數(shù)據(jù)(DataO)；(B)將被測物放入成像區(qū)域，采集第一組數(shù)據(jù)(Datal)；(C)旋轉(zhuǎn)被測物，每隔一定角度采集數(shù)據(jù)組(Data2 Datan)，直至轉(zhuǎn)過一周；(D)利用步驟(A)中的數(shù)據(jù)(DataO)對步驟(B)中的第一組數(shù)據(jù)(Datal)及步驟 (C)中的數(shù)據(jù)組(Data2 Datan)進(jìn)行校正。作為優(yōu)選方案，本發(fā)明上述步驟(3)中非線性數(shù)據(jù)處理及圖像重建包括(a)對步驟(D)獲得的校正后數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償處理，補(bǔ)全圓周上沒有檢測線圈的位 置的數(shù)據(jù)；(b)對補(bǔ)償后數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理；(c)設(shè)計非線性反投影路線；(d)對補(bǔ)償和插值后數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波反投影重建。作為優(yōu)選方案，本發(fā)明可通過檢測線圈獲得感應(yīng)電動勢的幅值，采用在成像區(qū)域 內(nèi)沒有被測物情況下的空場測量與目標(biāo)測量相減的校正方法進(jìn)行測量。與上述方法相配套的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像設(shè)備，它包括激勵部分、 被測物承載平臺、檢測部分；所述激勵部分包括激勵源及激勵線圈；所述激勵源的輸出端 接激勵線圈的輸入端；所述檢測部分包括檢測線圈及信號處理模塊；所述激勵部分的激勵 線圈及檢測部分的檢測線圈置于被測物承載平臺之上；所述檢測線圈的輸出端接信號處理 模塊的輸入端。作為優(yōu)選方案，本發(fā)明所述信號處理模塊包括A/D轉(zhuǎn)換部分、電源部分、FPGA模塊 及中央處理部分；所述A/D轉(zhuǎn)換部分的輸出端口接FPGA模塊的輸入端口 ；所述FPGA模塊的 輸出端口接中央處理部分的輸入端口；所述電源部分為A/D轉(zhuǎn)換部分及FPGA模塊提供電源；來自檢測線圈(3)的檢測信 號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換部分處理后送入FPGA模塊進(jìn)行緩沖、存儲；所述中央處理部分將采集的數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析處理。作為優(yōu)選方案，本發(fā)明所述激勵源包括高頻信號發(fā)生模塊、運放模塊、功放模塊及 阻抗匹配部分；所述高頻信號發(fā)生模塊的輸出端接運放模塊的輸入端；所述運放模塊的輸 出端接功放模塊的輸入端；所述功放模塊的輸出端接阻抗匹配部分的輸入端。作為優(yōu)選方案，本發(fā)明所述高頻信號發(fā)生模塊可采用MAX038芯片；所述運放模塊 可采用THS3001C芯片；所述功放模塊可采用AD815AYS芯片。作為優(yōu)選方案，本發(fā)明所述被測物承載平臺還設(shè)有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動 部分包括單片機(jī)MCU、驅(qū)動模塊、步進(jìn)電機(jī)；所述驅(qū)動模塊部分的端口接單片機(jī)MCU的端口 ； 所述驅(qū)動模塊的輸出端接步進(jìn)電機(jī)的信號輸入端；所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與被測物承載平 臺固定套接。作為優(yōu)選方案，本發(fā)明所述單片機(jī)MCU可采用AT89S51芯片；所述驅(qū)動模塊可采用TA8435H 芯片。本發(fā)明所采用的設(shè)備靈敏度高，成像效果理想，可用于生物電阻抗剖面分布及成 像分析，還可用于生物體的床旁監(jiān)護(hù)，為相關(guān)疾病的檢測提供一種有效的無損檢測方案。本發(fā)明的方法主要特點是利用諧振原理提高了磁感應(yīng)信號的強(qiáng)度，對渦流場分布 設(shè)計了新的非均勻單源多通道檢測系統(tǒng)，避免了現(xiàn)有模型的弊端，結(jié)合信號采集系統(tǒng)模型 及磁場分布，設(shè)計了非線性反投影重建算法，可實現(xiàn) 生物組織模型斷層的成像，根據(jù)該方法 可以開發(fā)出相應(yīng)的醫(yī)療儀器，可以顯示相應(yīng)的斷層圖像、分析曲線、數(shù)值等，能對各種生物 組織電阻抗特性進(jìn)行可視化分析。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍將不僅 局限于下列內(nèi)容的表述。圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明實施的高頻信號采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明激勵部分電路原理框圖；圖4為本發(fā)明被測物承載平臺旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分電路原理框圖；圖5為本發(fā)明信號處理模塊電路原理框圖；圖6為本發(fā)明實施的非線性反投影路徑示意圖；圖7為本發(fā)明非線性圖像重建流程框圖；圖8為本發(fā)明電源部分具體電路圖；圖9為本發(fā)明A/D轉(zhuǎn)換部分具體電路圖；圖10為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分具體電路圖；圖11為本發(fā)明激勵源部分具體電路圖。
具體實施例方式如圖1、7所示，諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法，采用多通道諧振信號檢 測，通過信號處理、重建，以實現(xiàn)生物組織電阻抗的斷層成像，其具體步驟包括(1)將被測物置于激勵磁場中；(2)檢測由被測物產(chǎn)生的擾動磁場；(3)進(jìn)行非線性數(shù)據(jù)處理及圖像重建。所述步驟(1)中采用通入正弦交流電的激勵線圈產(chǎn)生激勵磁場；所述激勵線圈采 用中間加入磁軛的單層線圈；所述步驟(2)中以置于所述激勵磁場中的檢測線圈為采集端 子實現(xiàn)對擾動磁場的檢測；所述步驟(3)利用檢測線圈所得信號幅值和相位實現(xiàn)圖像重建。所述檢測線圈采用11個；所述檢測線圈與激勵線圈相對應(yīng)，且以半圓型方式非均 勻排列。本發(fā)明所述步驟(1)中在激勵線圈上施加與檢測線圈諧振頻率同頻的正弦電流 以產(chǎn)生激勵磁場。所述步驟(2)中，旋轉(zhuǎn)被測物以采集多組數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)被測物采集多組數(shù)據(jù)包括
(A)在成像區(qū)域內(nèi)沒有被測物情況下，采集一組數(shù)據(jù)(DataO)；(B)將被測物放入成像區(qū)域，采集第一組數(shù)據(jù)(Datal)；(C)旋轉(zhuǎn)被測物，每隔一定角度采集數(shù)據(jù)組(Data2 Datall)，直至轉(zhuǎn)過一周；(D)利用步驟(A)中的數(shù)據(jù)(DataO)對步驟(B)中的第一組數(shù)據(jù)(Datal)及步驟(C)中的數(shù)據(jù)組(Data2 Datall)進(jìn)行校正。本發(fā)明所述步驟(3)中非線性數(shù)據(jù)處理及圖像重建包括(a)對步驟(D)獲得的校正后數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償處理，補(bǔ)全圓周上沒有檢測線圈的位 置的數(shù)據(jù)；(b)對補(bǔ)償后數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理；(c)設(shè)計非線性反投影路線；(d)對補(bǔ)償和插值后數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波反投影重建。本發(fā)明通過檢測線圈獲得電動勢的幅值，采用在成像區(qū)域內(nèi)沒有被測物情況下的 空場測量與目標(biāo)測量相減的校正方法進(jìn)行測量。如圖1所示，上述諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法所采用的設(shè)備，它包括 激勵部分、被測物承載平臺1、檢測部分；所述激勵部分包括激勵源及激勵線圈2 ；所述激勵 源的輸出端接激勵線圈2的輸入端；所述檢測部分包括檢測線圈3及信號處理模塊；所述 激勵部分的激勵線圈2及檢測部分的檢測線圈3置于被測物承載平臺1之上；所述檢測線 圈3的輸出端接信號處理模塊的輸入端，見圖1，5為被測物。如圖5所示，本發(fā)明所述信號 處理模塊包括A/D轉(zhuǎn)換部分、電源部分、FPGA模塊及中央處理部分；所述A/D轉(zhuǎn)換部分的輸 出端口接FPGA模塊的輸入端口 ；所述FPGA模塊的輸出端口接中央處理部分的輸入端口 ； 所述電源部分為A/D轉(zhuǎn)換部分及FPGA模塊提供電源；來自檢測線圈3的檢測信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn) 換部分處理后送入FPGA模塊進(jìn)行緩沖、存儲；所述中央處理部分將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處 理。本發(fā)明FPGA模塊采用FPGA開發(fā)板RCII-CY1C6，F(xiàn)PGA芯片采用AlteraCyclone EP1C6。圖8為本發(fā)明電源部分具體電路圖。圖9為本發(fā)明A/D轉(zhuǎn)換部分具體電路圖，其 核心芯片采用AD9215。如圖3所示，本發(fā)明所述激勵源包括高頻信號發(fā)生模塊、運放模塊、功放模塊及阻 抗匹配部分；所述高頻信號發(fā)生模塊的輸出端接運放模塊的輸入端；所述運放模塊的輸出 端接功放模塊的輸入端；所述功放模塊的輸出端接阻抗匹配部分的輸入端。本發(fā)明所述高 頻信號發(fā)生模塊采用MAX038芯片；所述運放模塊采用THS3001C芯片；所述功放模塊采用 AD815AYS芯片，參見圖11。如圖1、4、10所示，本發(fā)明所述被測物承載平臺1還設(shè)有旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動部分；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分包括單片機(jī)MCU、驅(qū)動模塊、步進(jìn)電機(jī)4 ；所述驅(qū)動模塊的端口接 單片機(jī)MCU的端口 ；所述驅(qū)動模塊的輸出端接步進(jìn)電機(jī)4的信號輸入端；所述步進(jìn)電機(jī)的 輸出軸與被測物承載平臺1固定套接；其中單片機(jī)MCU采用AT89S51芯片；所述驅(qū)動模塊采 用TA8435H芯片，參見圖4、10。本發(fā)明利用諧振磁感應(yīng)信號檢測原理檢測信號，結(jié)合非線性圖像重建方法實現(xiàn)生 物組織電阻抗斷層成像，包括下列部分1)非均勻激勵測量系統(tǒng)
磁感應(yīng)成像系統(tǒng)將正弦交流電通入激勵線圈，以產(chǎn)生激勵磁場，將把導(dǎo)體置于激 勵磁場B中，導(dǎo)體內(nèi)將因電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生渦流，該渦流同時會感生出擾動磁場ΔΒ并能 改變原激勵磁場B的強(qiáng)度和空間分布，在測量線圈上可以檢測到ΔΒ+Β。利用ΔΒ信號進(jìn)行 成像。激勵線圈將磁場分布到整個測量區(qū)域，起到磁場傳播的作用，因此激勵線圈的選 取原則是易于驅(qū)動，并且能提供較強(qiáng)的激勵磁場，本發(fā)明設(shè)計直徑較大的線圈中間加入鐵 氧體芯增大激勵信號。對檢測線圈的要求是靈敏度高，線圈間串?dāng)_小，本發(fā)明設(shè)計選用半徑較小的檢測 線圈，為提高檢測信號的數(shù)據(jù)量，采用多檢測線圈設(shè)計。檢測線圈置于激勵磁場中，由于線圈小而產(chǎn)生的二次激勵磁場很小，不影響相鄰 檢測線圈。為提高檢測信號的靈敏度，在激勵端輸入檢測線圈諧振頻率的激勵信號，這樣使 檢測對磁場的變化敏感，易于檢測ΔΒ信號。激勵-檢測線圈的排列方式為將激勵線圈放置在激勵源一側(cè)，檢測線圈呈半圓 形排列在激勵線圈對面，而在激勵線圈同側(cè)區(qū)域內(nèi)受到激勵線圈的直接影響較大，測量值 難以反映成像區(qū)域內(nèi)的電導(dǎo)率情況，因此在該區(qū)域不放檢測線圈。2)磁感應(yīng)諧振信號檢測生物組織經(jīng)過激勵源激勵后產(chǎn)生渦流，渦流場信號是一種小信號，頻率隨激勵源 頻率變化而變化，當(dāng)激勵源為高頻激勵時，渦流場信號也為高頻信號，本發(fā)明根據(jù)生物磁感 應(yīng)信號的特點設(shè)計了基于A/D+FPGA的高頻弱信號諧振式采集系統(tǒng)，首先對激勵線圈輸入 檢測線圈的諧振頻率信號，在檢測線圈上檢測感應(yīng)信號，作為信號檢測系統(tǒng)的輸入模擬信 號進(jìn)行調(diào)理，送入高速ADC進(jìn)行采樣，將采樣后得到的數(shù)據(jù)送入FPGA，對高速的數(shù)據(jù)流進(jìn)行 緩沖，最后送入存儲體存儲數(shù)據(jù)，存儲的數(shù)據(jù)可以通過PCI總線，快速傳輸?shù)絇C機(jī)，以進(jìn)行 數(shù)據(jù)的存儲或分析處理。本發(fā)明所設(shè)計信號檢測系統(tǒng)包括模擬部分(AD核心板部分)，數(shù)字部分(FPGA開 發(fā)板部分)，其中AD核心板部分由ADC芯片組成，在ADC輸入端使用了差分輸入模式，在經(jīng) 過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，經(jīng)由鎖存器鎖存，F(xiàn)PGA核心板部分包括存儲器模塊，F(xiàn)IFO模塊，時序控制模 塊，通過FPGA的I/O 口輸入FPGA芯片，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。FPGA在系統(tǒng)中實現(xiàn)的功能是ADC 采樣時序控制，數(shù)據(jù)緩存(FIFO)，數(shù)字信號處理，采集信號傳輸與測試。3)旋轉(zhuǎn)被測物采集多組數(shù)據(jù)在被測目標(biāo)的下方放置旋轉(zhuǎn)載物臺，可以帶動被測物旋轉(zhuǎn)，測量多角度信號，多 個檢測線圈的測量采用多通道測量模式。本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)平臺系統(tǒng)的硬件由鍵盤電路、 AT89S51單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和帶有步進(jìn)電機(jī)的光學(xué)轉(zhuǎn)動平臺組成。測量過程中可根據(jù) 測量要求設(shè)定的角位移的角度，在轉(zhuǎn)動一周內(nèi)檢測端可以檢測到多組數(shù)據(jù)。如圖10，步進(jìn)電機(jī)的信號通過AT89S51單片機(jī)的P2端口輸出的具有時序的方波轉(zhuǎn)至TA8435H芯片的CK、CW/Cffff、Ml、M2和REFIN，然后再由其控制步進(jìn)電機(jī)。驅(qū)動模塊 TA8435H引腳Ml、M2決定步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分方式，例如Ml、M2都接高電平，那么工作模式為 1/8，減小低速時的振動。CW/CWW控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)動，CK時鐘輸入的最大頻率不能超過 5KHz，控制時鐘的頻率就能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的速率。4)非線性數(shù)據(jù)處理及圖像重建
本發(fā)明所設(shè)計的成像模型僅有半圓形的感應(yīng)信號，因此獲取的投影數(shù)據(jù)是不完整 的，首先對采集到的數(shù)據(jù)補(bǔ)償處理，補(bǔ)全圓周上沒有檢測線圈的位置的數(shù)據(jù)；然后對補(bǔ)償后 數(shù)據(jù)進(jìn)行雙線性插值處理；根據(jù)磁場分布情況，設(shè)計反投影路線；設(shè)計濾波器函數(shù)，對補(bǔ)償 和插值后數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波反投影重建，獲得反映成像區(qū)域內(nèi)電阻抗分布的信息，并形成圖像。本發(fā)明的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法是利用在成像區(qū)域邊界的激勵 線圈產(chǎn)生激勵磁場(該磁場與檢測線圈諧振頻率同頻)，被測物在磁場中產(chǎn)生擾動磁場，檢 測線圈在諧振效應(yīng)的作用下對磁場變化敏感，通過高頻弱信號檢測系統(tǒng)和非線性圖像重建 獲得成像區(qū)域內(nèi)的電阻抗分布圖像。具體方法為第一步采用單個激勵線圈(激勵線圈0號)，多個檢測線圈圍繞成像區(qū)域非均勻 排列，其中檢測線圈為奇數(shù)個(1-11號線圈)，可根據(jù)實際情況調(diào)整個數(shù)(如9、13、15等)， 排列成半圓形，激勵線圈在檢測線圈的對面，線圈半徑較大(見圖1)。激勵線圈和檢測線圈 不一致，使二者的諧振頻率不同，在檢測線圈利用諧振檢測的過程中，由于激勵線圈未發(fā)生 諧振，所以基礎(chǔ)磁場的變化主要是由成像區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體引起的磁場擾動。第二步確定檢測線圈的諧振頻率，在激勵線圈上施加該頻率的交變電流，產(chǎn)生交 變磁場作為激勵磁場，該磁場受到成像區(qū)域內(nèi)不同電阻抗被測物的擾動，可以獲得檢測線 圈在擾動磁場內(nèi)的感應(yīng)電壓，該電壓的峰峰值反映了成像區(qū)域內(nèi)電阻抗的信息。本發(fā)明的信號檢測系統(tǒng)是通過模擬信號預(yù)處理模塊，將調(diào)整后的模擬信號輸入給 A/D轉(zhuǎn)換器，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換之后數(shù)字信號直接輸出給FPGA進(jìn)行存儲。在FPGA中設(shè)計了高 速緩沖器FIFO和高速存儲器RAM以及一系列時序控制邏輯，以保證在預(yù)定容量下能夠?qū)崟r 的存儲由ADC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。同時，在FPGA中還設(shè)計了數(shù)據(jù)傳輸接口，從而使得系統(tǒng)可 以在我們選擇的模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。FPGA作為整個系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)上述過程中所有的時序控制，但FPGA本身受 控于PC機(jī)。通過設(shè)計在PC端的控制軟件，可以實時的給FPGA發(fā)送控制信號，如系統(tǒng)復(fù)位 信號，工作使能信號，時鐘使能信號，模式選擇信號等，同時FPGA也將給PC機(jī)反饋相應(yīng)的狀 態(tài)信號，如存儲器的滿、空信號等，從而配合上層軟件來控制系統(tǒng)的工作過程。最后，利用FPGA中的SignalTapII邏輯分析儀，通過JTAG接口來完成對FPGA工 作狀態(tài)的實時觀測和調(diào)試。從而可以準(zhǔn)確無誤的驗證，確保在整個傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確 性和時序性滿足設(shè)計需求(見圖5)。第三步在激勵線圈上施加檢測線圈諧振頻率同頻的交變電流，在成像區(qū)域內(nèi)沒 有被測物(空場)情況下，測量檢測線圈的感應(yīng)電壓(DataO)，多個檢測線圈構(gòu)成了一組測
量數(shù)據(jù)。將被測物放入成像區(qū)域，采集第一組數(shù)據(jù)Datal，通過控制旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)被測 物，被測物的轉(zhuǎn)動改變了成像區(qū)域內(nèi)的電阻抗分布，每隔一定角度(旋轉(zhuǎn)角度可根據(jù)實際 情況調(diào)整)，測量一組數(shù)據(jù)，直至完成360度測量，獲得全部測量數(shù)據(jù)(Datal Datan)，然 后利用DataO對Datal Datan校正。最后根據(jù)重建算法，可以重建被測物剖面電阻抗分 布圖像(見圖2)。在測量過程中只有被測物發(fā)生轉(zhuǎn)動，而激勵和檢測線圈不發(fā)生改變，因此測量值 的變化主要由成像區(qū)域內(nèi)電阻抗分布改變引起。第四步由于檢測線圈的排列是半圓形，不滿一周，因此首先對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償，補(bǔ)全圓周上沒有檢測線圈的位置的數(shù)據(jù)，然后對補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計算，增加數(shù)據(jù)量，本發(fā)明中采用的雙線性插值法。根據(jù)成像區(qū)域內(nèi)磁場分布情況計算等位線的曲線函 數(shù)，根據(jù)該函數(shù)設(shè)計反投影路徑，進(jìn)行非線性反投影圖像重建，獲得成像區(qū)域內(nèi)電阻抗分布 圖像(見圖6)。本發(fā)明的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法在檢測方法、成像系統(tǒng)和應(yīng)用范 圍等幾個方面與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點1、本發(fā)明采用諧振原理檢測感應(yīng)信號，檢測提高了信號的靈敏度；2、本發(fā)明設(shè)計的非均勻性成像模型采用激勵線圈和檢測線圈不同的設(shè)計方案，在 檢測線圈發(fā)生諧振的情況下，避免的激勵線圈的諧振串?dāng)_；3、本發(fā)明獲得感應(yīng)電壓的峰峰值即可，采用空場測量與目標(biāo)測量相減的校正方 法，簡化了檢測電路；4、本發(fā)明除了應(yīng)用于生物電阻抗斷層成像外，還可以用于電阻抗一維信號的檢 測，以及活體電阻抗實時監(jiān)測。可以理解地是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本 發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行 修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法，其特征在于，采用多通道諧振信號檢測，通過信號處理、重建，以實現(xiàn)生物組織電阻抗的斷層成像，其具體步驟包括(1)將被測物置于激勵磁場中；(2)檢測由被測物產(chǎn)生的擾動磁場；(3)進(jìn)行非線性數(shù)據(jù)處理及圖像重建。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法，其特征在于所述 步驟(1)中采用通入正弦交流電的激勵線圈產(chǎn)生激勵磁場；所述激勵線圈采用中間加入磁 軛的單層線圈；所述步驟(2)中以置于所述激勵磁場中的檢測線圈為采集端子實現(xiàn)對擾動 磁場的檢測；所述步驟(3)利用檢測線圈所得信號幅值和相位實現(xiàn)圖像重建。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法，其特征在于所述 檢測線圈采用2m+l個，其中m為自然數(shù)；所述檢測線圈與激勵線圈相對應(yīng)，且以半圓型方式 非均勻排列；所述步驟(1)中在激勵線圈上施加與檢測線圈諧振頻率同頻的正弦電流以產(chǎn) 生激勵磁場。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3之任一所述的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法，其特征 在于所述步驟(2)中，旋轉(zhuǎn)被測物以采集多組數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法，其特征在于旋轉(zhuǎn) 被測物采集多組數(shù)據(jù)包括(A)在成像區(qū)域內(nèi)沒有被測物情況下，采集一組數(shù)據(jù)(DataO)；(B)將被測物放入成像區(qū)域，采集第一組數(shù)據(jù)(Datal)；(C)旋轉(zhuǎn)被測物，每隔一定角度采集數(shù)據(jù)組(Data2 Datan)，直至轉(zhuǎn)過一周；(D)利用步驟(A)中的數(shù)據(jù)(DataO)對步驟(B)中的第一組數(shù)據(jù)(Datal)及步驟(C) 中的數(shù)據(jù)組(Data2 Datan)進(jìn)行校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法，其特征在于所述 步驟(3)中非線性數(shù)據(jù)處理及圖像重建包括(a)對步驟(D)獲得的校正后數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償處理，補(bǔ)全圓周上沒有檢測線圈的位置的 數(shù)據(jù)；(b)對補(bǔ)償后數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理；(c)設(shè)計非線性反投影路線；(d)對補(bǔ)償和插值后數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波反投影重建。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 3之任一所述的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法所采用的 設(shè)備，其特征在于，包括激勵部分、被測物承載平臺(1)、檢測部分；所述激勵部分包括激勵 源及激勵線圈(2)；所述激勵源的輸出端接激勵線圈(2)的輸入端；所述檢測部分包括檢測 線圈(3)及信號處理模塊；所述激勵部分的激勵線圈(2)及檢測部分的檢測線圈(3)置于 被測物承載平臺(1)之上；所述檢測線圈(3)的輸出端接信號處理模塊的輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法所采用的設(shè)備，其特 征在于所述信號處理模塊包括A/D轉(zhuǎn)換部分、電源部分、FPGA模塊及中央處理部分；所述 A/D轉(zhuǎn)換部分的輸出端口接FPGA模塊的輸入端口 ；所述FPGA模塊的輸出端口接中央處理 部分的輸入端口；所述電源部分為A/D轉(zhuǎn)換部分及FPGA模塊提供電源；來自檢測線圈(3)的檢測信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換部分處理后送入FPGA模塊進(jìn)行緩沖、存儲；所述中央處理部分將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法所采用的設(shè)備，其特 征在于所述激勵源包括高頻信號發(fā)生模塊、運放模塊、功放模塊及阻抗匹配部分；所述高 頻信號發(fā)生模塊的輸出端接運放模塊的輸入端；所述運放模塊的輸出端接功放模塊的輸入 端；所述功放模塊的輸出端接阻抗匹配部分的輸入端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的諧振式磁感應(yīng)生物電阻抗斷層成像方法所采用的設(shè)備，其 特征在于所述被測物承載平臺(1)還設(shè)有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分包括單片機(jī) MCU、驅(qū)動模塊、步進(jìn)電機(jī)(4)；所述驅(qū)動模塊的端口接單片機(jī)MCU的端口 ；所述驅(qū)動模塊的 輸出端接步進(jìn)電機(jī)(4)的信號輸入端；所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與被測物承載平臺(1)固定 套接。
全文摘要
本發(fā)明屬生物電阻抗成像領(lǐng)域，尤其涉及諧振式磁感應(yīng)電阻抗測量方法及與之配套的設(shè)備，其采用多通道諧振信號檢測，具體步驟包括(1)將被測物置于激勵磁場中；(2)檢測由被測物產(chǎn)生的擾動磁場；(3)進(jìn)行非線性數(shù)據(jù)處理及圖像重建。上述設(shè)備包括激勵部分、被測物承載平臺(1)、檢測部分；激勵部分包括激勵源及激勵線圈(2)；所述激勵源的輸出端接激勵線圈(2)的輸入端；所述檢測部分包括檢測線圈(3)及信號處理模塊；激勵部分的激勵線圈(2)及檢測部分的檢測線圈(3)置于被測物承載平臺(1)之上；檢測線圈(3)的輸出端接信號處理模塊的輸入端。本發(fā)明靈敏度高，成像效果理想，可用于生物電阻抗剖面分布及成像分析。
文檔編號A61B5/05GK101822541SQ200910010600
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者杜強(qiáng), 柯麗 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)