基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置及方法
【專利摘要】基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置及方法，屬于生物組織電磁參數(shù)成像領(lǐng)域。該裝置包括電磁波發(fā)射線圈、電磁波接收線圈、U形臂、載物臺(tái)、電機(jī)單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、控制單元和開(kāi)放式振蕩電路；該方法包括：裝置初始化；測(cè)量生物組織的電磁波傳播時(shí)間；FPGA通過(guò)單片機(jī)將生物組織的電磁波傳播時(shí)間實(shí)時(shí)上傳至終端計(jì)算機(jī)，終端計(jì)算機(jī)根據(jù)電磁波發(fā)射線圈與電磁波接收線圈間的距離，利用速度公式計(jì)算生物組織各個(gè)位置的電磁波傳播速度；采用正則化高斯牛頓重建算法(NOSER)對(duì)生物組織進(jìn)行圖像重建，得到生物組織的重建圖像；本發(fā)明為醫(yī)學(xué)研究和臨床提供了一種全新的、簡(jiǎn)便的、有效的檢測(cè)手段；相較于傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備具有成本低廉、無(wú)輻射的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物組織電磁參數(shù)成像領(lǐng)域，尤其涉及基于電磁波傳播速度的生物組 織電磁參數(shù)成像裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 生物組織由細(xì)胞組成，細(xì)胞由細(xì)胞內(nèi)液、細(xì)胞外液和細(xì)胞膜組成，且其所處的外環(huán) 境是細(xì)胞外液。生物組織的電磁特性，是指細(xì)胞在電磁場(chǎng)的作用下被動(dòng)的產(chǎn)生極化反應(yīng)的 介電響應(yīng)特性。由于生物組織結(jié)構(gòu)的特殊性使得其電磁特性也不盡相同，生物組織的電磁 特性具有頻率依賴的被動(dòng)特性。生物組織有三種頻率段α、β、Y的弛豫，電磁特性在三段 頻率范圍內(nèi)有顯著變化。當(dāng)不同的頻率、不同強(qiáng)度的電磁場(chǎng)作用于生物組織時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出不 同的電磁特性。一些病變組織與正常組織的電磁特性有較大的差異。根據(jù)生物體內(nèi)不同組 織在不同的生理、病理狀態(tài)下具有不同的電磁特性，可以通過(guò)測(cè)量生物組織電磁特性信號(hào) 來(lái)判斷所測(cè)的組織類型，進(jìn)一步可以根據(jù)電磁特性來(lái)推斷細(xì)胞的生長(zhǎng)情況和組織的病變情 況。
[0003] 生物組織電磁特性的檢測(cè)需要無(wú)損的檢測(cè)方式。目前的電阻抗檢測(cè)方法面臨著成 像分辨率不高的問(wèn)題，影響分辨率的因素不是單一的，無(wú)論是測(cè)量方法還是成像方法，或者 兩者的不協(xié)調(diào)都會(huì)對(duì)成像結(jié)果有影響。而目前的磁感應(yīng)成像檢測(cè)方法是對(duì)所測(cè)生物組織電 磁參數(shù)進(jìn)行圖像重建的一種無(wú)創(chuàng)、無(wú)損、無(wú)需與被測(cè)物體直接接觸的新技術(shù)，雖然人們對(duì)它 的研究已經(jīng)多年，但是其二次磁場(chǎng)測(cè)量精度以及成像分辨率的提高困難，距離廣泛使用還 是有很大差距。電磁波在生物組織內(nèi)的傳播速度與生物組織的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率等電磁參 數(shù)具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且已經(jīng)有學(xué)者將電磁波傳播速度應(yīng)用于工程地質(zhì)勘查中，輔助 提高探測(cè)溶洞及其充填情況的準(zhǔn)確性。但是由于生物組織的尺寸較小，電磁場(chǎng)在生物組織 中傳播的時(shí)間非常短，數(shù)量級(jí)達(dá)到納秒，用常規(guī)方法很難準(zhǔn)確測(cè)量其傳播時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種基于電磁波傳播速度的生物組織電磁 參數(shù)成像裝置及方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0006] -種基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置，包括：電磁波發(fā)射線圈、 電磁波接收線圈、U形臂、載物臺(tái)、電機(jī)單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、控制單元和開(kāi)放式振蕩電路；
[0007] 所述控制單元主要由FPGA、單片機(jī)和終端計(jì)算機(jī)構(gòu)成；所述單片機(jī)與FPGA互連， 單片機(jī)同時(shí)還與終端計(jì)算機(jī)互連；
[0008] 所述開(kāi)放式振蕩電路用于通過(guò)反復(fù)振蕩對(duì)電磁波在生物組織中傳播的時(shí)間進(jìn)行 累積，其包括：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路、激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路、信號(hào)調(diào)理電路、AGC-整形電路、延 時(shí)電路和計(jì)時(shí)電路；
[0009] 所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路與FPGA互連，同時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路的一個(gè)輸入端 連接延時(shí)電路的一個(gè)輸出端，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路的一個(gè)輸出端連接激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路的 輸入端，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路的另一個(gè)輸出端連接計(jì)時(shí)電路的一個(gè)輸入端；所述激勵(lì)信號(hào) 發(fā)射電路的輸出端連接電磁波發(fā)射線圈，同時(shí)激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接FPGA， 單向接收FPGA發(fā)送的數(shù)據(jù)；所述計(jì)時(shí)電路的另一個(gè)輸入端連接延時(shí)電路的另一個(gè)輸出端， 同時(shí)計(jì)時(shí)電路還與FPGA互連；所述延時(shí)電路的輸入端連接AGC-整形電路的輸出端；所述 AGC-整形電路的輸入端連接信號(hào)調(diào)理電路的輸出端；所述信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接電 磁波接收線圈；
[0010] 所述電磁波發(fā)射線圈用于在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生能夠穿過(guò)生物組織 的電磁波；
[0011] 所述電磁波接收線圈用于接收穿過(guò)生物組織的電磁波；
[0012] 所述電磁波發(fā)射線圈、電磁波接收線圈分別固定在U形臂的兩臂上，兩個(gè)線圈的 相對(duì)位置固定不變，且電磁波發(fā)射線圈與電磁波接收線圈的軸線在同一水平線上；
[0013] 所述載物臺(tái)為圓柱體，其上頂面用于放置待測(cè)生物組織，置于U形臂的內(nèi)腔中，且 與U形臂的兩臂之間留有相應(yīng)的間隙；所述載物臺(tái)置于U形臂的內(nèi)腔時(shí)，其與U形臂的兩臂 之間的間隙以U形臂不影響載物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)為原則進(jìn)行調(diào)整。
[0014] 所述電機(jī)單元用于驅(qū)動(dòng)U形臂進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)及載物臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其包括：平 移步進(jìn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)U形臂進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；
[0015] 所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)單元中電機(jī)的運(yùn)行，其包括：平移步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路為所述平移步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)平移步進(jìn)電機(jī)的平移運(yùn)行；旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路為所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行；
[0016] U形臂與平移步進(jìn)電機(jī)的輸出軸端相連接，所述平移步進(jìn)電機(jī)的電源接入端連接 平移步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，所述平移步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端通過(guò)控制總線連接 FPGA，接收FPGA發(fā)送的控制命令信號(hào)；
[0017] 所述載物臺(tái)與旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)輸出軸端相連接；所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的電源接入端連 接旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端通過(guò)控制總線連 接FPGA，接收FPGA發(fā)送的控制命令信號(hào)；
[0018] 所述載物臺(tái)和U形臂均通過(guò)絲杠分別與旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸端和平移步進(jìn)電 機(jī)的輸出軸端相連接；
[0019] 最后采用0. 5mm厚的鐵皮制作封閉式屏蔽外殼，該屏蔽外殼將待測(cè)生物組織、載 物臺(tái)、旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、U形臂、電磁波發(fā)射線圈、電磁波接收線圈和平移步進(jìn)電機(jī)包容在其 中，對(duì)它們進(jìn)行電磁屏蔽；
[0020] 所述的終端計(jì)算機(jī)內(nèi)還設(shè)置有生物組織電磁參數(shù)圖像重建模塊，用于對(duì)生物組織 進(jìn)行圖像重建，得到生物組織的重建圖像。
[0021] 采用所述的基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置的生物組織電磁 參數(shù)成像方法，包括如下步驟：
[0022] 步驟1 :裝置初始化；
[0023] 步驟I. 1 :從終端計(jì)算機(jī)發(fā)出初始化指令，并通過(guò)單片機(jī)將該指令傳送給FPGA ;
[0024] 步驟1. 2 :接收到初始化指令后，F(xiàn)PGA控制激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電 路、計(jì)時(shí)電路和延時(shí)電路完成初始化工作；
[0025] 步驟I. 2. I :FPGA給激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路發(fā)送控制信號(hào)，設(shè)定激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路的 信號(hào)發(fā)射頻率；
[0026] 步驟1. 2. 2 :FPGA給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路發(fā)送復(fù)位信號(hào)，使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路 復(fù)位；
[0027] 步驟1. 2. 3 :FPGA給計(jì)時(shí)電路發(fā)送控制信號(hào)，先使計(jì)時(shí)電路復(fù)位，然后設(shè)置計(jì)時(shí)電 路的輸出時(shí)鐘頻率；
[0028] 步驟1. 2. 4 :FPGA給延時(shí)電路發(fā)送控制信號(hào)，設(shè)置延時(shí)電路的延時(shí)時(shí)間；
[0029] 步驟2 :生物組織的電磁波傳播時(shí)間測(cè)量；
[0030] 步驟2. 1 :在初始位置，即載物臺(tái)未進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，U形臂未進(jìn)行平移，進(jìn)行生物組織的 電磁波傳播時(shí)間的測(cè)量；
[0031] 步驟2. I. 1 :終端計(jì)算機(jī)發(fā)出開(kāi)始測(cè)量指令并通過(guò)單片機(jī)將該指令傳送給FPGA ;
[0032] 步驟2. I. 2 :FPGA發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)測(cè)量的脈沖信號(hào)并傳送至單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路；
[0033] 步驟2. 1. 3 :單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路接收到脈沖信號(hào)后被觸發(fā)，產(chǎn)生三路脈沖信號(hào)； 其中一路脈沖信號(hào)發(fā)送至FPGA中的高速計(jì)數(shù)模塊，用于記錄脈沖次數(shù)；另一路脈沖信號(hào)發(fā) 送給計(jì)時(shí)電路，用于控制計(jì)時(shí)電路開(kāi)始計(jì)時(shí)；第三路脈沖信號(hào)發(fā)送給激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路；
[0034] 步驟2. 1. 4 :接收到脈沖信號(hào)后，激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)電磁波發(fā)射線圈產(chǎn)生電 磁波；該電磁波穿過(guò)生物組織，由電磁波接收線圈接收后，電磁波接收線圈輸出檢測(cè)信號(hào)至 信號(hào)調(diào)理電路；
[0035] 步驟2. 1. 5 :信號(hào)調(diào)理電路對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波放大處理后，傳送至AGC-整形電 路；
[0036] 步驟2. I. 6 :AGC_整形電路對(duì)接收的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)幅值調(diào)整并將其整形為矩 形脈沖信號(hào)后傳送至延時(shí)電路；
[0037] 步驟2. 1.7 :延時(shí)電路接收到矩形脈沖信號(hào)后，產(chǎn)生的延時(shí)信號(hào)同時(shí)傳入計(jì)時(shí)電 路與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路；
[0038] 步驟2. 1. 8 :接收到延時(shí)信號(hào)后，計(jì)時(shí)電路停止計(jì)時(shí)，同時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路被重新 觸發(fā)；
[0039] 步驟2. 1.9 :重復(fù)執(zhí)行步驟2. 1.3至2. 1.8,直到FPGA中高速計(jì)數(shù)模塊的計(jì)數(shù)值達(dá) 到事先設(shè)定的最大計(jì)數(shù)值后，F(xiàn)PGA發(fā)出復(fù)位信號(hào)使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路復(fù)位，即開(kāi)放式振 蕩電路停止振蕩；
[0040] 步驟2. 1. 10 :根據(jù)最大計(jì)數(shù)值和開(kāi)放式振蕩電路停止振蕩時(shí)的計(jì)時(shí)器給出的時(shí) 間值，F(xiàn)PGA計(jì)算生物組織的電磁波傳播時(shí)間，記為Dcitl ;
[0041] 電磁波傳播時(shí)間的計(jì)算方法為計(jì)時(shí)器傳送的時(shí)間值除以對(duì)應(yīng)的最大計(jì)數(shù)值；
[0042] 步驟2. 2 :保持載物臺(tái)不動(dòng)，U形臂平移運(yùn)動(dòng)，測(cè)量生物組織的電磁波傳播時(shí)間；
[0043] FPGA通過(guò)平移電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)平移步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使U形臂按照事先確定的步 長(zhǎng)進(jìn)行水平移動(dòng)；U形臂每移動(dòng)到一個(gè)新的位置后，按照步驟2. I. 1至步驟2. 1. 10測(cè)得生 物組織的電磁波傳播時(shí)間；U形臂移動(dòng)η次后，測(cè)得一組生物組織的電磁波傳播時(shí)間數(shù)據(jù)， 分別記為 DQ1，DQ2, . . ·，Dtln ;
[0044] 步驟2.3 :載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)，且U形臂平移，測(cè)量生物組織的電磁波傳播時(shí)間；
[0045] FPGA通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使載物臺(tái)按照事先確定的步 長(zhǎng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，載物臺(tái)每旋轉(zhuǎn)到一個(gè)新的位置后，重復(fù)執(zhí)行步驟2. 1至步驟2. 2,測(cè)得載物臺(tái) 的一次旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)U形臂不動(dòng)和U形臂η次移動(dòng)的電磁波傳播時(shí)間數(shù)據(jù)；則在載物臺(tái)每旋轉(zhuǎn) 到一個(gè)新的位置后，通過(guò)重復(fù)執(zhí)行步驟2. 1至步驟2. 2,都獲得一組數(shù)據(jù)，則載物臺(tái)由不動(dòng) 至完成360度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)次數(shù)為m，得到的生物組織的電磁波傳播時(shí)間的數(shù)據(jù)集為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置，其特征在于：包括：電磁 波發(fā)射線圈、電磁波接收線圈、U形臂、載物臺(tái)、電機(jī)單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、控制單元和開(kāi)放式 振蕩電路； 所述控制單元主要由FPGA、單片機(jī)和終端計(jì)算機(jī)構(gòu)成；所述單片機(jī)與FPGA互連，單片 機(jī)同時(shí)還與終端計(jì)算機(jī)互連； 所述開(kāi)放式振蕩電路用于通過(guò)反復(fù)振蕩對(duì)電磁波在生物組織中傳播的時(shí)間進(jìn)行累積， 其包括：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路、激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路、信號(hào)調(diào)理電路、AGC-整形電路、延時(shí)電 路和計(jì)時(shí)電路； 所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路與FPGA互連，同時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路的一個(gè)輸入端連接 延時(shí)電路的一個(gè)輸出端，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路的一個(gè)輸出端連接激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路的輸 入端，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路的另一個(gè)輸出端連接計(jì)時(shí)電路的一個(gè)輸入端；所述激勵(lì)信號(hào)發(fā) 射電路的輸出端連接電磁波發(fā)射線圈，同時(shí)激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接FPGA，單 向接收FPGA發(fā)送的數(shù)據(jù)；所述計(jì)時(shí)電路的另一個(gè)輸入端連接延時(shí)電路的另一個(gè)輸出端， 同時(shí)計(jì)時(shí)電路還與FPGA互連；所述延時(shí)電路的輸入端連接AGC-整形電路的輸出端；所述 AGC-整形電路的輸入端連接信號(hào)調(diào)理電路的輸出端；所述信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接電 磁波接收線圈； 所述電磁波發(fā)射線圈用于在激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生能夠穿過(guò)生物組織的電 磁波； 所述電磁波接收線圈用于接收穿過(guò)生物組織的電磁波； 所述電磁波發(fā)射線圈、電磁波接收線圈分別固定在U形臂的兩臂上，且電磁波發(fā)射線 圈與電磁波接收線圈的軸線在同一水平線上； 所述載物臺(tái)用于放置待測(cè)生物組織，置于U形臂的內(nèi)腔中，且與U形臂的兩臂之間留有 相應(yīng)的間隙； 所述電機(jī)單元用于驅(qū)動(dòng)U形臂進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)及載物臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其包括：平移步 進(jìn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)U形臂進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)單元中電機(jī)的運(yùn)行，其包括：平移步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 為所述平移步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)平移步進(jìn)電機(jī)的平移運(yùn)行；旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路為所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行； U形臂與平移步進(jìn)電機(jī)的輸出軸端相連接，所述平移步進(jìn)電機(jī)的電源接入端連接平 移步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，所述平移步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端通過(guò)控制總線連接 FPGA，接收FPGA發(fā)送的控制命令信號(hào)； 所述載物臺(tái)與旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)輸出軸端相連接；所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的電源接入端連接 旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端通過(guò)控制總線連接 FPGA，接收FPGA發(fā)送的控制命令信號(hào)； 所述的終端計(jì)算機(jī)內(nèi)還設(shè)置有生物組織電磁參數(shù)圖像重建模塊，用于對(duì)生物組織進(jìn)行 圖像重建，得到生物組織的重建圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置，其特征 在于：采用0. 5mm厚的鐵皮制作封閉式屏蔽外殼，該屏蔽外殼將待測(cè)生物組織、載物臺(tái)、旋 轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、U形臂、電磁波發(fā)射線圈、電磁波接收線圈和平移步進(jìn)電機(jī)包容在其中，對(duì)它們 進(jìn)行電磁屏蔽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置，其特征 在于：所述載物臺(tái)置于U形臂的內(nèi)腔時(shí)，其與U形臂的兩臂之間的間隙以U形臂不影響載物 臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)為原則進(jìn)行調(diào)整。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置，其特征 在于：載物臺(tái)為圓柱體，其上頂面放置待測(cè)生物組織。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置，其特征 在于：載物臺(tái)和U形臂均通過(guò)絲杠分別與旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸端和平移步進(jìn)電機(jī)的輸出 軸端相連接。
6. 采用權(quán)利要求1所述的基于電磁波傳播速度的生物組織電磁參數(shù)成像裝置的生物 組織電磁參數(shù)成像方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟1 :裝置初始化； 步驟2 :測(cè)量生物組織的電磁波傳播時(shí)間，得到生物組織的電磁波傳播時(shí)間數(shù)據(jù)集D ; 步驟3 :FPGA通過(guò)單片機(jī)將生物組織的電磁波傳播時(shí)間實(shí)時(shí)上傳至終端計(jì)算機(jī)，終端 計(jì)算機(jī)根據(jù)電磁波發(fā)射線圈與電磁波接收線圈間的距離，利用速度公式計(jì)算生物組織各個(gè) 位置的電磁波傳播速度，得到的電磁波傳播速度數(shù)據(jù)集V，如下所示： ^oo Kn Ki2 ··· ? Vn Vn - K, V- V20 ν21 ν22 …ν2" 步驟4 :利用步驟3獲得的電磁波傳播速度數(shù)據(jù)集V，采用正則化高斯牛頓重建算法對(duì) 生物組織進(jìn)行圖像重建，得到生物組織的重建圖像。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物組織電磁參數(shù)成像方法，其特征在于：所述步驟1中的 裝置初始化過(guò)程，包括如下步驟： 步驟1. 1 :從終端計(jì)算機(jī)發(fā)出初始化指令，并通過(guò)單片機(jī)將該指令傳送給FPGA ; 步驟1. 2 :接收到初始化指令后，F(xiàn)PGA控制激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路、 計(jì)時(shí)電路和延時(shí)電路完成初始化工作； 步驟1. 2. 1 :FPGA給激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路發(fā)送控制信號(hào)，設(shè)定激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路的信號(hào) 發(fā)射頻率； 步驟1. 2. 2 :FPGA給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路發(fā)送復(fù)位信號(hào)，使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路復(fù)位； 步驟1. 2. 3 :FPGA給計(jì)時(shí)電路發(fā)送控制信號(hào)，先使計(jì)時(shí)電路復(fù)位，然后設(shè)置計(jì)時(shí)電路的 輸出時(shí)鐘頻率； 步驟1. 2. 4 :FPGA給延時(shí)電路發(fā)送控制信號(hào)，設(shè)置延時(shí)電路的延時(shí)時(shí)間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物組織電磁參數(shù)成像方法，其特征在于，所述步驟2中的測(cè) 量生物組織的電磁波傳播時(shí)間，得到生物組織的電磁波傳播時(shí)間數(shù)據(jù)集D，包括如下步驟： 步驟2. 1 :在初始位置，即載物臺(tái)未進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，U形臂未進(jìn)行平移，進(jìn)行生物組織的電磁 波傳播時(shí)間的測(cè)量； 步驟2. 1. 1 :終端計(jì)算機(jī)發(fā)出開(kāi)始測(cè)量指令并通過(guò)單片機(jī)將該指令傳送給FPGA ; 步驟2. 1. 2 :FPGA發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)測(cè)量的脈沖信號(hào)并傳送至單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路； 步驟2. 1. 3 :單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路接收到脈沖信號(hào)后被觸發(fā)，產(chǎn)生三路脈沖信號(hào)；其中 一路脈沖信號(hào)發(fā)送至FPGA中的高速計(jì)數(shù)模塊，用于記錄脈沖次數(shù)；另一路脈沖信號(hào)發(fā)送給 計(jì)時(shí)電路，用于控制計(jì)時(shí)電路開(kāi)始計(jì)時(shí)；第三路脈沖信號(hào)發(fā)送給激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路； 步驟2. 1. 4 :接收到脈沖信號(hào)后，激勵(lì)信號(hào)發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)電磁波發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁波； 該電磁波穿過(guò)生物組織，通過(guò)電磁波接收線圈傳送至信號(hào)調(diào)理電路； 步驟2. 1.5 :信號(hào)調(diào)理電路對(duì)接收的電磁波進(jìn)行濾波放大處理后，傳送至AGC-整形電 路； 步驟2. 1. 6 :接收到濾波放大后的電磁波信號(hào)，AGC-整形電路對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)幅值調(diào)整 并將其整形為矩形脈沖信號(hào)后傳送至延時(shí)電路； 步驟2. 1. 7 :延時(shí)電路接收到矩形脈沖信號(hào)后，產(chǎn)生的延時(shí)信號(hào)同時(shí)傳入計(jì)時(shí)電路與 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路； 步驟2. 1. 8 :接收到延時(shí)信號(hào)后，計(jì)時(shí)電路停止計(jì)時(shí)，同時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路被重新觸 發(fā)； 步驟2. 1. 9 :重復(fù)執(zhí)行步驟2. 1. 3至2. 1. 8,直到FPGA中高速計(jì)數(shù)模塊的計(jì)數(shù)值達(dá)到事 先設(shè)定的最大計(jì)數(shù)值后，F(xiàn)PGA發(fā)出復(fù)位信號(hào)使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路復(fù)位，即開(kāi)放式振蕩電 路停止振蕩； 步驟2. 1. 10 :根據(jù)最大計(jì)數(shù)值和開(kāi)放式振蕩電路停止振蕩時(shí)的計(jì)時(shí)器給出的時(shí)間值， FPGA計(jì)算生物組織的電磁波傳播時(shí)間，記為; 電磁波傳播時(shí)間的計(jì)算方法為計(jì)時(shí)器傳送的時(shí)間值除以對(duì)應(yīng)的最大計(jì)數(shù)值； 步驟2. 2 :保持載物臺(tái)不動(dòng)，U形臂進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)，測(cè)量生物組織的電磁波傳播時(shí)間； FPGA通過(guò)平移電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)平移步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使U形臂按照事先確定的步長(zhǎng)進(jìn) 行水平移動(dòng)；U形臂每移動(dòng)到一個(gè)新的位置后，按照步驟2. 1. 1至步驟2. 1. 10測(cè)得生物組 織的電磁波傳播時(shí)間；U形臂移動(dòng)η次后，測(cè)得一組生物組織的電磁波傳播時(shí)間數(shù)據(jù)，分別 記為 D〇i，D02，· · ·， D〇n ; 步驟2. 3 :載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)，且U形臂平移，測(cè)量生物組織的電磁波傳播時(shí)間； FPGA通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使載物臺(tái)按照事先確定的步長(zhǎng)進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)，載物臺(tái)每旋轉(zhuǎn)到一個(gè)新的位置后，重復(fù)執(zhí)行步驟2. 1至步驟2. 2,測(cè)得載物臺(tái)的一 次旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)U形臂不動(dòng)和U形臂η次移動(dòng)的電磁波傳播時(shí)間數(shù)據(jù)；則通過(guò)重復(fù)執(zhí)行步驟2. 1 至步驟2. 2,在載物臺(tái)每旋轉(zhuǎn)到一個(gè)新的位置后，都可以獲得一組數(shù)據(jù)，則載物臺(tái)完成360 度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)次數(shù)為m后，得到的生物組織的電磁波傳播時(shí)間的數(shù)據(jù)集D，如下所示： D01 DfQ · · · D0n Du) D12 .. · Dltl D = D2i Dn …Dhl。 Dm' Dm2 · · · Dmri_
【文檔編號(hào)】A61B5/05GK104257382SQ201410459281
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】王旭, 劉承安, 宣楊, 張志美, 楊丹 申請(qǐng)人:東北大學(xué)