本發(fā)明涉及一種磁感應(yīng)成像裝置，特別涉及一種基于激光原子磁力計(jì)的磁感應(yīng)成像裝置。

背景技術(shù)：

X射線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用建立了活體解剖學(xué)和生理學(xué)的新概念，促進(jìn)了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的蓬勃發(fā)展。特別是最近20余年間，隨著高速計(jì)算機(jī)的發(fā)展，將放射技術(shù)、超聲波、電磁技術(shù)與計(jì)算機(jī)運(yùn)算結(jié)合，產(chǎn)生了包括CT、超聲成像、磁共振成像等在內(nèi)的一系列高精度、高分辨率的醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備。

雖然目前的檢測技術(shù)如頭顱CT、核磁共振(MRI)及磁共振彌散成像(DWI)等，可以準(zhǔn)確判定危重疾病的性質(zhì)、范圍和程度，但是還是無法進(jìn)行床旁連續(xù)的成像，對(duì)于病情危重、變化較快，但又不宜反復(fù)搬動(dòng)的患者不能監(jiān)測其病灶的動(dòng)態(tài)變化，因此對(duì)病情演變的及時(shí)判斷及調(diào)整治療方案受到限制。所以急需一種便攜，能夠?qū)Σ∪诉M(jìn)行連續(xù)監(jiān)護(hù)的醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備，尤其重要的是能夠有效地檢測腦水腫血腫的狀況。

磁感應(yīng)成像(Magnetic Induction Tomography,MIT)是一種新型的成像技術(shù)，其基本原理是利用通過正弦電流的激勵(lì)線圈產(chǎn)生主磁場B，將被測物體置于主磁場B場中，被測物體內(nèi)部誘導(dǎo)出渦流電流，渦流電流產(chǎn)生的二次磁場ΔB將引起空間中磁場分布發(fā)生變化，在檢測線圈上檢測到B+ΔB，當(dāng)物體的電導(dǎo)率發(fā)生改變，物體內(nèi)部的渦流電流分布將隨之改變，從而檢測線圈的電壓也發(fā)生變化，因此檢測線圈電壓的變化與電導(dǎo)率分布存在密切的關(guān)系，利用重構(gòu)算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測物體內(nèi)部電導(dǎo)率分布的圖像顯示。MIT與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)不同，MIT采用電阻抗這一全新的物理量為媒介來反映人體內(nèi)的生理和病理狀態(tài)。

MIT具有以下四個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，時(shí)間敏感性、易穿透顱骨、無創(chuàng)和安全、便攜和便。因此，采用MIT技術(shù)運(yùn)用于臨床，將能夠有效解決臨床上腦血管疾病的早期篩查和動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)預(yù)警的難題，提升診療水平，更好地為人民健康服務(wù)。但是由于生物組織的電導(dǎo)率非常小，通常在10s/m以下，生物組織在主磁場的作用下，產(chǎn)生的二次磁場十分微弱，而現(xiàn)有的磁感應(yīng)成像裝置難以精確地測量這一微弱的電磁場，從而限制了磁感應(yīng)成像在醫(yī)學(xué)影像診斷中的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光原子磁力計(jì)的磁感應(yīng)成像裝置，能夠精確地測量生物組織產(chǎn)生的微弱的電磁場，有利于磁感應(yīng)成像在醫(yī)學(xué)影像診斷中的推廣應(yīng)用。

本發(fā)明的基于激光原子磁力計(jì)的磁感應(yīng)成像裝置，包括信號(hào)采集處理器、用于產(chǎn)生激勵(lì)磁場的激勵(lì)線圈、用于承托被測物體的托板及用于探測電磁場的探測器；

所述探測器包括激光光源、第一半波片、第一偏振分光棱鏡、第一反射鏡、四分之一波片、第二反射鏡、第二半波片、原子氣室、探測線圈、直流電源、第二偏振分光棱鏡、第三反射鏡、平衡光電二極管接收器、放大電路模塊、鎖相放大器及射頻電源模塊；

所述激光光源發(fā)射出的激光通過第一半波片后經(jīng)過第一偏振分光棱鏡分成相垂直的泵浦光及檢測光，泵浦光通過第一反射鏡的反射后通過四分之一波片射入照射原子氣室，檢測光通過第二反射鏡的反射后通過第二半波片射入原子氣室；從原子氣室射出的檢測光經(jīng)過第二偏振分光棱鏡分成相垂直的兩束光，其中一束光經(jīng)過第三反射鏡的反射后到達(dá)平衡光電二極管接收器的第一信號(hào)輸入端，另一束光直接到達(dá)平衡光電二極管接收器的第二信號(hào)輸入端；所述直流電源為探測線圈提供直流電流，所述探測線圈為氣室提供靜態(tài)磁場；

所述平衡光電二極管接收器將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過放大電路模塊的放大后送入鎖相放大器的檢測端；所述射頻電源模塊提供交流信號(hào)到鎖相放大器的參考信號(hào)端以提供參考頻率，同時(shí)射頻電源模塊提供交變的電流驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈產(chǎn)生激勵(lì)磁場，激勵(lì)磁場在被測物體中誘導(dǎo)出渦流場；所述鎖相放大器的幅值和相位信號(hào)均輸入至信號(hào)采集處理器進(jìn)行處理。

進(jìn)一步，所述探測線圈為亥姆霍茲線圈。

進(jìn)一步，所述探測器還包括一用于控制原子氣室內(nèi)溫度的溫度控制系統(tǒng)，所述溫度控制系統(tǒng)包括溫度控制器、設(shè)在原子氣室中的溫度傳感器及分別設(shè)在原子氣室上下兩端的加熱板，所述溫度控制器的信號(hào)輸入端與溫度傳感器的信號(hào)輸出端相連，所述溫度控制器的信號(hào)輸出端與加熱板的信號(hào)輸入端相連。

進(jìn)一步，所述激光光源通過激光穩(wěn)頻處理進(jìn)行頻率鎖定。

進(jìn)一步，所述原子氣室內(nèi)部充填銣原子氣體。

進(jìn)一步，所述托板由三維掃描系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)在三維空間中移動(dòng)，信號(hào)采集處理器向三維掃描系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)；所述信號(hào)采集處理器根據(jù)三維掃描系統(tǒng)的空間位置信號(hào)及鎖相放大器的幅值和相位信號(hào)進(jìn)行圖像重構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的基于激光原子磁力計(jì)的磁感應(yīng)成像裝置，采用了激光原子磁力計(jì)結(jié)構(gòu)的探測器，利用原子的磁矩和外磁場之間的相互作用對(duì)電磁場進(jìn)行測量，具有更高的探測靈敏度，能夠精確地測量生物組織產(chǎn)生的微弱的電磁場，有利于磁感應(yīng)成像在醫(yī)學(xué)影像診斷中的推廣應(yīng)用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示：本實(shí)施例的基于激光原子磁力計(jì)的磁感應(yīng)成像裝置，包括信號(hào)采集處理器1、用于產(chǎn)生激勵(lì)磁場的激勵(lì)線圈2、用于承托被測物體4的托板3及用于探測電磁場的探測器；信號(hào)采集處理器1可以是具有數(shù)據(jù)處理及信號(hào)控制的單片機(jī)；被測物體4置于托板3上，并隨托板3的移動(dòng)而移動(dòng)，激勵(lì)線圈2產(chǎn)生主磁場，將被測物體4置于主磁場中，被測物體4內(nèi)部誘導(dǎo)出渦流電流，渦流電流產(chǎn)生的二次磁場將引起空間中磁場分布發(fā)生變化；所述探測器包括激光光源5、第一半波片6、第一偏振分光棱鏡7、第一反射鏡8、四分之一波片9、第二反射鏡10、第二半波片11、原子氣室12、探測線圈13、直流電源14、第二偏振分光棱鏡15、第三反射鏡16、平衡光電二極管接收器17、放大電路模塊18、鎖相放大器19及射頻電源模塊20；激光光源5通過激光穩(wěn)頻處理進(jìn)行頻率鎖定，例如可利用二向色性原子蒸氣激光穩(wěn)頻技術(shù)進(jìn)行頻率鎖定；原子氣室12內(nèi)部可充填銣原子氣體。

所述激光光源5發(fā)射出的激光通過第一半波片6后經(jīng)過第一偏振分光棱鏡7分成相垂直的泵浦光及檢測光，泵浦光通過第一反射鏡8的反射后通過四分之一波片9射入照射原子氣室12，檢測光通過第二反射鏡10的反射后通過第二半波片11射入原子氣室12；從原子氣室12射出的檢測光經(jīng)過第二偏振分光棱鏡15分成相垂直的兩束光，其中一束光經(jīng)過第三反射鏡16的反射后到達(dá)平衡光電二極管接收器17的第一信號(hào)輸入端，另一束光直接到達(dá)平衡光電二極管接收器17的第二信號(hào)輸入端；所述直流電源14為亥姆霍茲線圈提供直流電流，所述探測線圈13為氣室提供靜態(tài)磁場；探測線圈13優(yōu)選為亥姆霍茲線圈，可提高磁場強(qiáng)度和均勻度。

所述平衡光電二極管接收器17將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過放大電路模塊18的放大后送入鎖相放大器19的檢測端；所述射頻電源模塊20提供交流信號(hào)到鎖相放大器19的參考信號(hào)端以提供參考頻率，同時(shí)射頻電源模塊20提供交變的電流驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈2產(chǎn)生激勵(lì)磁場，激勵(lì)磁場在被測物體4中誘導(dǎo)出渦流場；所述鎖相放大器19的幅值和相位信號(hào)均輸入至信號(hào)采集處理器1進(jìn)行處理；平衡光電二極管接收器17是一種克服波動(dòng)和噪聲的平衡接收器，能夠消除幾乎所有的來自光譜分析的噪聲，例如可采用sacher-laser品牌的平衡光電二極管接收器。

本實(shí)施例中，所述探測器還包括一用于控制原子氣室12內(nèi)溫度的溫度控制系統(tǒng)，所述溫度控制系統(tǒng)包括溫度控制器21、設(shè)在原子氣室12中的溫度傳感器及分別設(shè)在原子氣室12上下兩端的加熱板22，所述溫度控制器21的信號(hào)輸入端與溫度傳感器的信號(hào)輸出端相連，所述溫度控制器的信號(hào)輸出端與加熱板22的信號(hào)輸入端相連。

本實(shí)施例中，所述托板3由三維掃描系統(tǒng)23驅(qū)動(dòng)在三維空間中移動(dòng)，信號(hào)采集處理器1向三維掃描系統(tǒng)23發(fā)出控制信號(hào)；三維掃描系統(tǒng)23可包括若干導(dǎo)軌及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，能夠使托板3在X向、Y向及Z向構(gòu)成的三維空間中移動(dòng)；所述信號(hào)采集處理器1根據(jù)三維掃描系統(tǒng)23的空間位置信號(hào)及鎖相放大器19的幅值和相位信號(hào)進(jìn)行圖像重構(gòu)。

本裝置的工作流程包括三個(gè)階段：預(yù)熱階段、初始化階段和正式測量階段。預(yù)熱階段將射頻電源模塊20工作，激勵(lì)線圈2發(fā)熱趨于平衡，使激勵(lì)磁場穩(wěn)定；將亥姆霍茲線圈的電源模塊工作，線圈發(fā)熱趨于平衡，使靜態(tài)場磁場穩(wěn)定；溫度控制系統(tǒng)加熱，使氣室的溫度穩(wěn)定。激光光源5預(yù)熱工作，頻率鎖定。通過調(diào)整三維掃描系統(tǒng)23，坐標(biāo)回到原點(diǎn)，每移動(dòng)一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，測試一組幅值和相位數(shù)據(jù)，直到掃描結(jié)束，計(jì)算機(jī)圖像重構(gòu)。

本實(shí)施例的基于激光原子磁力計(jì)的磁感應(yīng)成像裝置，采用了激光原子磁力計(jì)結(jié)構(gòu)的探測器，利用原子的磁矩和外磁場之間的相互作用對(duì)電磁場進(jìn)行測量，具有更高的探測靈敏度，能夠精確地測量生物組織產(chǎn)生的微弱的電磁場，有利于磁感應(yīng)成像在醫(yī)學(xué)影像診斷中的推廣應(yīng)用。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。