CN111887846A - 一种基于场调控的耦合成像方法及其装置 - Google Patents
一种基于场调控的耦合成像方法及其装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111887846A CN111887846A CN202010836623.8A CN202010836623A CN111887846A CN 111887846 A CN111887846 A CN 111887846A CN 202010836623 A CN202010836623 A CN 202010836623A CN 111887846 A CN111887846 A CN 111887846A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic field
- coupling
- detection
- coil
- target body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 112
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 112
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 112
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 126
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 104
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 19
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 12
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 claims description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims description 3
- 230000026676 system process Effects 0.000 claims description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000012237 artificial material Substances 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 238000013399 early diagnosis Methods 0.000 description 2
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011309 routine diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
- A61B8/0833—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures
- A61B8/085—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures for locating body or organic structures, e.g. tumours, calculi, blood vessels, nodules
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
- A61B8/4416—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to combined acquisition of different diagnostic modalities, e.g. combination of ultrasound and X-ray acquisitions
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Pathology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
一种基于场调控的耦合成像方法及其装置，基于电磁超材料或电磁超材料与激励线圈、耦合线圈的共同作用，调控磁场，将磁场能量集中至目标体区域，提高电磁与超声耦合成像的激励效率，优化电磁激励声信号的特性。基于场调控的耦合成像装置由电源、磁场激励源、检测和控制***及检测操作平台组成。检测操作平台由激励线圈、电磁超材料、目标体、声耦合材料或耦合介质、超声传感器、检测槽及扫描***组成，还可增加耦合线圈。通过电磁超材料或同时结合耦合线圈，调控激励线圈产生的磁场方向，进而调控磁场作用区域，提高激励效率。扫描***控制超声传感器的位置移动，使超声传感器接收不同位置的声信号并输出，经检测和控制***放大、滤波，对目标体反演成像。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于场调控的耦合成像方法及其装置。
背景技术
肿瘤经临床常规诊断技术确诊时多为中晚期，因而迫切需要发展能用于早期诊断的功能影像学技术。研究表明，无论是在早期诊断还是愈后和康复中，电参数都可反应组织的病变状态，生物组织介电特性的改变与病变状态密切相关，肿瘤在发生和发展过程中与正常组织相比，介电特性的差异较大，且介电特性的变化往往早于结构变化。
传统电阻抗成像的对比度高，可是灵敏度和空间分辨率不足，于是，与其他物理场相结合的多物理场耦合成像技术应运而生并得以迅速发展，多物理场成像利用一种场满足所要求的分辨率，依靠另一种场保证高对比度。电磁场与声场相结合的多物理场成像在提高分辨率的同时保留了介电特性成像高对比度的优势，成为研究热点。主要分为两类，一类是以洛伦兹力为声源的耦合成像方法；另一类是以焦耳热为声源的耦合成像方法。
金属样本的电导率远大于生物组织的电导率，其由电磁激励产生的超声信号远强于低电导率的组织所激发的声信号，低电导率仿体和离体生物组织作为成像目标体，将给耦合成像技术带来了很大的挑战。
针对电磁与超声耦合的成像方法，目前大多数研究所采用的成像目标体电导率参数与生物组织还存在很大差距。需针对生物组织找出更适宜的激励、检测方式，构建更加准确的图像重建算法，提高对低电导率成像目标体的检测能力。
综上所述，提高激励磁场的利用率，提高激励效率，是产生足够大的可检测的声信号的重要环节。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术对低电导率目标体检测能力的不足，提出一种基于场调控的耦合成像方法和装置。
本发明方法由磁场激励源激励线圈产生变化的磁场，通过电磁超材料或电磁超材料与激励线圈、耦合线圈的共同作用这两种方式调控磁场，一种为：使用电磁超材料调控激励线圈产生的磁场方向，使更多的磁场能量被调控到目标体；另一种为同时使用电磁超材料和耦合线圈调控磁场，利用电磁超材料调控磁场的同时，还利用耦合线圈与激励线圈的耦合作用，将磁场能量集中至目标体区域，提高电磁与超声耦合成像的激励效率，优化电磁激励声信号的特性。
本发明利用电磁超材料的负磁导率产生负折射率的特性，调控激励线圈产生的磁场方向，使更多的磁场作用到目标体上，从而减少***的漏磁，增加***的效率。同时，还可再增加耦合线圈，利用激励线圈和耦合线圈之间的耦合作用，调节磁场能量集中区域，使更多的磁场能量被调控集中作用到目标体区域，提高激励效率，进而提高激励声场的水平。本发明可实现激励电磁场能量区域的集中，可应用于磁场与声场耦合成像等领域，提高声信号激励水平。
应用本发明方法的基于场调控的耦合成像装置，由电源、磁场激励源、检测操作平台及检测和控制***组成。电源为磁场激励源及检测和控制***供电，磁场激励源作用于激励线圈，产生磁场，检测操作平台检测耦合成像信号，检测和控制***进行检测信号的处理、采集和成像，同时实现信号采集的同步控制。
所述的电源包括向磁场激励源供电的主电路电源和向检测和控制***供电的控制电路电源。主电路电源和磁场激励源连接，磁场激励源分别连接检测和控制***及检测操作平台。控制电路电源连接检测和控制***。
磁场激励源由触发控制器、功率放大单元和负载匹配网络组成，其中触发控制器连接功率放大单元、功率放大单元连接负载匹配网络。所述的触发控制器的输出端连接功率放大单元的输入端，功率放大单元的输出端连接负载匹配网络输入端，负载匹配网络输出端连接检测操作平台的激励线圈。磁场激励源工作过程中，触发控制器输出信号，并输入至功率放大单元，功率放大单元通过负载匹配网络将能量施加于检测操作平台的激励线圈。
检测和控制***包括低噪声放大器、滤波器、数据采集单元、数据处理及成像单元和同步信号控制单元。低噪声放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接数据采集单元的输入端，数据采集单元的输出端连接数据处理及成像单元的输入端，同步信号控制单元的输出端连接低噪声放大器输入端和数据采集单元输入端。低噪声放大器输出信号至滤波器，滤波器输出信号给数据采集单元，数据采集单元输出信号给数据处理及成像单元，同步信号控制单元输出信号给低噪声放大器和数据采集单元，同步控制低噪声放大器和数据采集单元工作。
所述的检测操作平台为耦合成像信号检测过程的操作平台，由激励线圈、电磁超材料、目标体、声耦合材料或耦合介质、超声传感器、检测槽，以及扫描***组成。激励线圈放置于检测槽外底部，电磁超材料放置于激励线圈和检测槽外底部之间，电磁超材料的一侧靠近激励线圈，另一侧紧贴检测槽底部。目标体置于检测槽内底部，检测槽内的目标体与检测槽外的激励线圈同轴同中心放置，声耦合材料置于目标体和超声传感器之间，或：耦合介质置于检测槽中，目标体和超声传感器都浸于耦合介质中。超声传感器固定于扫描***中，通过扫描***的移动对传感器位置进行移动，以实现不同位置声信号的检测。激励线圈在磁场激励源激励下激发变化的磁场，电磁超材料用于调控磁场，将能量集中于目标体所在的区域。电磁超材料可采用等效磁导率非均匀分布。电磁超材料自身包含多个区域，不同区域等效磁导率不同，通过多个不同等效磁导率的区域对空间磁场精确调控，在目标体中激发声波，由声耦合材料或检测槽中的耦合介质耦合声波至超声传感器，超声传感器检测超声信号。
检测操作平台中可以增加一个耦合线圈。耦合线圈放置于目标体的另一侧，耦合线圈与匹配网络连接为回路。耦合线圈与激励线圈同轴布置，通过调节这两个线圈的耦合关系，调整谐振频率，调节激励线圈与耦合线圈中的电流比例，来调整磁场作用区域，结合电磁超材料调控磁场，将能量集中于目标体所在的区域。
磁场激励源为检测操作平台中的激励线圈提供能量，检测操作平台中的超声传感器检测声信号后输入至检测和控制***进行处理。磁场激励源中的负载匹配网络连接检测操作平台的激励线圈，检测操作平台的超声传感器输出端连接检测和控制***的低噪声放大器的输入端。磁场激励源的负载匹配网络与检测操作平台的激励线圈组成回路，将磁场激励源能量施加于激励线圈上，产生变化的磁场分布，经检测操作平台的电磁超材料调控后作用于目标体，在目标体中激发声波，由声耦合材料或检测槽中的耦合介质耦合声波至超声传感器，由超声传感器接收声信号，超声传感器固定于扫描***中，扫描***移动，改变传感器的位置，以实现不同位置声信号的检测。检测和控制***接收超声传感器输出的电信号，通过低噪声放大器、滤波器滤波、数据采集单元采集数据，输出至数据处理及成像单元对目标体进行反演成像。可增加耦合线圈，利用耦合线圈和激励线圈之间的谐振耦合作用，调整激励线圈和耦合线圈上流过电流的比例，调整磁场分布区域。可同时利用电磁超材料及两个线圈的耦合作用，调控激励线圈产生的磁场方向，调节磁场分布，使更多的磁场能量被调控集中作用到目标体区域，提高耦合成像过程中目标体区域磁场能量，提高激励效率，进而优化激发声场的特性。
所述的电磁超材料为周期性单元结构的人工材料，具有负的等效磁导率或等效介电常数，可以对电磁波(GHz)或电磁场(MHz)产生负折射率的调控作用。电磁超材料的x方向等效磁导率和y方向等效磁导率都小于零，即在x方向和y方向电磁超材料对磁力线的折射率都为负，因此原始磁力线方向偏离线圈轴线方向，经过电磁超材料后，就会朝向z轴方向产生一定的偏转。并且，电磁超材料可采用等效磁导率非均匀分布，自身包含多个区域，不同区域等效磁导率不同，通过多个不同等效磁导率的区域对空间磁场精确调控，进一步减小漏磁，提高目标体区域能量，进而使目标体激发更强的声场。
本发明利用电磁超材料的负磁导率产生负折射率的特性，调控激励线圈产生的磁场方向，使更多的磁场被调控到目标体区域，减少***的漏磁，增加激励效率。
附图说明
图1本发明基于场调控的耦合成像方法原理图；
图2电磁超材料调控磁场原理图；
图3基于电磁超材料场调控的耦合成像装置；
图4基于电磁超材料和线圈耦合特性调控的耦合成像装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明方法通过电磁超材料或电磁超材料与激励线圈、耦合线圈的共同作用这两种方式调控磁场，一种为：使用电磁超材料调控激励线圈产生的磁场方向，使更多的磁场能量被调控到目标体；另一种为同时使用电磁超材料和耦合线圈调控磁场，利用电磁超材料调控磁场的同时，还利用耦合线圈与激励线圈的耦合作用，将磁场能量集中至目标体区域，提高电磁与超声耦合成像的激励效率，优化电磁激励声信号的特性。
本发明利用电磁超材料的负磁导率产生负折射率的特性，调控激励线圈产生的磁场方向，使更多的磁场作用到目标体上，从而减少***的漏磁，提高***效率。同时，还可利用电磁超材料，结合含有负载匹配网络的激励线圈和含有匹配网络的耦合线圈之间的耦合作用，调节磁场能量集中区域，使更多的磁场能量被调控集中作用到目标体区域，提高激励效率，进而提高激励声场的水平。本发明能够实现激励电磁场能量区域的集中，可应用于磁场与声场耦合成像等领域，提高声信号激励水平。
图1所示为本发明基于场调控的耦合成像方法原理图。如图1所示，由磁场激励源激发激励线圈产生变化的磁场，通过电磁超材料或电磁超材料与激励线圈、耦合线圈的共同作用调控磁场，将磁场能量集中至目标体区域，提高电磁与超声耦合成像的激励效率，优化电磁激励声信号的特性。磁场激励目标体产生的声信号由超声传感器接收，通过扫描控制移动超声传感器获得多点数据，经数据采集及处理实现目标体成像。通过电磁超材料调控磁场方向，将磁场集中于目标体区域，或同时增加耦合线圈，通过调节激励线圈和耦合线圈的耦合状态，共同来调控磁场集中作用于目标体区域，目标体被激发出声信号，由超声传感器接收声信号，通过扫描控制对超声传感器的位置进行移动，通过数据采集及处理，对目标体进行反演成像，将电磁超材料及两个线圈的耦合作用应用到耦合成像中，调控激励线圈产生的磁场方向，使更多的磁场能量被调控集中作用到目标体区域，提高激励效率，进而提高激励声场的水平。
图2所示为电磁超材料调控磁场原理图。本发明将电磁超材料应用到耦合成像技术中。电磁超材料为周期性单元结构的人工材料，具有负的等效磁导率或等效介电常数，可以对电磁波(GHz)或电磁场(MHz)产生负折射率的调控作用。利用负磁导率产生负折射率的特性，可以调控激励线圈产生的磁场方向，使更多的磁场被调控到目标体。电磁超材料的x方向等效磁导率和y方向等效磁导率都小于零，即在x方向和y方向电磁超材料对磁力线的折射率都为负，因此原始磁力线方向偏离线圈轴线方向，经过电磁超材料后，就会朝向z轴方向产生一定的偏转，利用电磁超材料的负折射率特性对激励线圈磁场进行调控，使更多的磁场折射到线圈轴心处，集中能量至目标体区域，减少***的漏磁，增加激励效率。电磁超材料可采用等效磁导率非均匀分布，自身包含多个区域，不同区域等效磁导率不同，通过多个不同等效磁导率的区域对空间磁场精确调控，进一步减小漏磁，提高目标体区域能量，进而使目标体激发更强的声场。
图3所示为基于电磁超材料场调控的耦合成像装置，基于磁场调控的耦合成像装置由电源、磁场激励源、检测操作平台及检测和控制***组成。电源为磁场激励源及检测和控制***供电，磁场激励源作用于激励线圈，产生磁场，检测操作平台检测耦合成像信号，检测和控制***进行检测信号的处理、采集和成像，同时实现信号采集的同步控制。
所述的电源包括向磁场激励源供电的主电路电源和向检测和控制***供电的控制电路电源。主电路电源和磁场激励源连接，磁场激励源分别连接检测和控制***及检测操作平台。控制电路电源连接检测和控制***。
磁场激励源由触发控制器、功率放大单元和负载匹配网络组成。其中触发控制器连接功率放大单元、功率放大单元连接负载匹配网络。所述的触发控制器的输出端连接功率放大单元的输入端，功率放大单元的输出端连接负载匹配网络输入端，负载匹配网络输出端连接检测操作平台的激励线圈。磁场激励源工作过程中，触发控制器输出信号，并输入至功率放大单元，功率放大单元通过负载匹配网络将能量施加于检测操作平台的激励线圈。
检测和控制***包括低噪声放大器、滤波器、数据采集单元、数据处理及成像单元和同步信号控制单元。低噪声放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接数据采集单元的输入端，数据采集单元的输出端连接数据处理及成像单元的输入端，同步信号控制单元的输出端连接低噪声放大器输入端和数据采集单元输入端。低噪声放大器输出信号至滤波器，滤波器输出信号给数据采集单元，数据采集单元输出信号给数据处理及成像单元，同步信号控制单元输出信号给低噪声放大器和数据采集单元，同步控制低噪声放大器和数据采集单元工作。
所述的检测操作平台为耦合成像信号检测过程的操作平台，由激励线圈、电磁超材料、目标体、声耦合材料或耦合介质、超声传感器、检测槽、扫描***组成。激励线圈放置于检测槽外底部，电磁超材料放置于激励线圈和检测槽外底部之间，电磁超材料的一侧靠近激励线圈，另一侧紧贴检测槽底部。目标体置于检测槽内底部，检测槽内的目标体与检测槽外的激励线圈同轴同中心放置，声耦合材料置于目标体和超声传感器之间，或：耦合介质置于检测槽中，目标体和超声传感器都浸于耦合介质中。超声传感器固定于扫描***中，通过扫描***的移动对传感器位置进行移动，以实现不同位置声信号的检测。激励线圈在磁场激励源激励下激发变化的磁场，电磁超材料用于调控磁场，将能量集中于目标体所在的区域。电磁超材料可采用等效磁导率非均匀分布。电磁超材料自身包含多个区域，不同区域等效磁导率不同，通过多个不同等效磁导率的区域对空间磁场精确调控，在目标体中激发声波，由声耦合材料或检测槽中的耦合介质耦合声波至超声传感器，超声传感器检测超声信号。
磁场激励源为检测操作平台中的激励线圈提供能量，检测操作平台中的超声传感器检测声信号，将声信号输入检测和控制***进行处理。磁场激励源中的负载匹配网络连接检测操作平台的激励线圈，检测操作平台的超声传感器输出端连接检测和控制***的低噪声放大器的输入端。磁场激励源的负载匹配网络与检测操作平台的激励线圈组成回路，将磁场激励源能量施加于激励线圈上，产生变化的磁场分布，经检测操作平台的电磁超材料调控后作用于目标体，在目标体中激发声波，由声耦合材料或检测槽中的耦合介质耦合声波至超声传感器，超声传感器接收声信号。超声传感器固定于扫描***中，扫描***移动，改变传感器的位置，以实现不同位置声信号的检测。检测和控制***接收超声传感器输出的电信号，通过低噪声放大器、滤波器滤波、数据采集单元采集数据，输出至数据处理及成像单元对目标体进行反演成像。
图4所示为基于电磁超材料和耦合特性调控的耦合成像装置，在图3的基础之上，检测操作平台可以增加一个耦合线圈。耦合线圈放置于目标体的另一侧，耦合线圈与匹配网络连接为回路。耦合线圈与激励线圈同轴布置，通过调节这两个线圈的耦合关系，调整谐振频率，调节激励线圈与耦合线圈中的电流比例，来调整磁场作用区域，结合电磁超材料调控磁场，将能量集中于目标体所在的区域。
磁场激励源为检测操作平台中的激励线圈提供能量，检测操作平台中的超声传感器检测声信号，将声信号输入检测和控制***进行处理。磁场激励源中的负载匹配网络连接检测操作平台的激励线圈，检测操作平台的超声传感器输出端连接检测和控制***的低噪声放大器的输入端。磁场激励源的负载匹配网络与检测操作平台的激励线圈组成回路，将磁场激励源能量施加于激励线圈上，产生变化的磁场分布，经检测操作平台的电磁超材料调控后作用于目标体，在目标体中激发声波，由声耦合材料或检测槽中的耦合介质耦合声波至超声传感器，超声传感器接收声信号。超声传感器固定于扫描***中，扫描***移动，改变传感器的位置，以实现不同位置声信号的检测。检测和控制***接收超声传感器输出的电信号，通过低噪声放大器、滤波器滤波、数据采集单元采集数据，输出至数据处理及成像单元对目标体进行反演成像。可以增加耦合线圈，利用耦合线圈和激励线圈之间的谐振耦合作用，调整激励线圈和耦合线圈上流过电流的比例，调整磁场分布区域。可同时利用电磁超材料及两个线圈的耦合作用，调控激励线圈产生的磁场方向，调节磁场分布，使更多的磁场能量被调控集中作用到目标体区域，提高耦合成像过程中目标体区域磁场能量，提高激励效率，进而优化激发声场的特性。
所述的电磁超材料为周期性单元结构的人工材料，具有负的等效磁导率或等效介电常数，可以对电磁波(GHz)或电磁场(MHz)产生负折射率的调控作用。利用负磁导率产生负折射率的特性，可以调控激励线圈产生的磁场方向，使更多的磁场被调控到目标体。电磁超材料的x方向等效磁导率和y方向等效磁导率都小于零，即在x方向和y方向电磁超材料对磁力线的折射率都为负，因此原始磁力线方向偏离线圈轴线方向，经过电磁超材料后，就会朝向z轴方向产生一定的偏转，利用电磁超材料的负折射率特性对激励线圈磁场进行调控，使更多的磁场折射到线圈轴心处，集中能量至目标体区域，减少***的漏磁，提高激励效率。电磁超材料可采用等效磁导率非均匀分布，自身包含多个区域，不同区域等效磁导率不同，通过多个不同等效磁导率的区域对空间磁场精确调控，进一步减小漏磁，提高目标体区域能量，进而使目标体激发更强的声场。
本发明可增加耦合线圈，通过激励线圈与耦合线圈的谐振耦合作用，通过调节激励线圈与其负载匹配网络，耦合线圈与其匹配网络的谐振状态参数、耦合状态，调整两个线圈流过的电流比例，调控磁场作用区域。
本发明将电磁超材料和激励线圈与耦合线圈之间的谐振耦合作用结合起来，共同实现磁场的调控，将磁场作用区域集中在目标体区域。
Claims (7)
1.一种基于场调控的耦合成像方法，其特征在于：所述的成像方法由磁场激励源激励线圈产生变化的磁场，通过电磁超材料或电磁超材料与激励线圈、耦合线圈的共同作用这两种方式调控磁场，一种为：使用电磁超材料调控激励线圈产生的磁场方向，使更多的磁场能量被调控到目标体；另一种为同时使用电磁超材料和耦合线圈调控磁场，利用电磁超材料调控磁场的同时，还利用耦合线圈与激励线圈的耦合作用，将磁场能量集中至目标体区域，提高电磁与超声耦合成像的激励效率，优化电磁激励声信号的特性。
2.应用权利要求1所述基于场调控的耦合成像方法的耦合成像装置，其特征在于：所述的耦合成像装置由电源、磁场激励源、检测操作平台及检测和控制***组成；电源为磁场激励源以及检测和控制***供电，磁场激励源作用于激励线圈，产生磁场；检测操作平台检测耦合成像信号，检测和控制***进行检测信号的处理、采集和成像，同时实现信号采集的同步控制。
3.如权利要求2所述的基于场调控的耦合成像方法的耦合成像装置，其特征在于：所述的磁场激励源由触发控制器、功率放大单元和负载匹配网络组成；所述的触发控制器的输出端连接功率放大单元的输入端，功率放大单元的输出端连接负载匹配网络输入端，负载匹配网络输出端连接检测操作平台的激励线圈；磁场激励源的触发控制器输出信号，并输入至功率放大单元，功率放大单元通过负载匹配网络将能量施加于检测操作平台的激励线圈。
4.如权利要求2所述的基于场调控的耦合成像方法的耦合成像装置，其特征在于：所述的检测和控制***包括低噪声放大器、滤波器、数据采集单元、数据处理及成像单元和同步信号控制单元；低噪声放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接数据采集单元的输入端，数据采集单元的输出端连接数据处理及成像单元的输入端，同步信号控制单元的输出端连接低噪声放大器输入端和数据采集单元输入端；低噪声放大器输出信号至滤波器，滤波器输出信号给数据采集单元，数据采集单元输出信号给数据处理及成像单元，同步信号控制单元输出信号给低噪声放大器和数据采集单元，同步控制低噪声放大器和数据采集单元工作。
5.如权利要求2所述的基于场调控的耦合成像方法的耦合成像装置，其特征在于：所述的检测操作平台为耦合成像信号检测过程的操作平台，由激励线圈、电磁超材料、目标体、声耦合材料或耦合介质、超声传感器、检测槽，以及扫描***组成；激励线圈放置于检测槽外底部，电磁超材料放置于激励线圈和检测槽外底部之间，电磁超材料的一侧靠近激励线圈，另一侧紧贴检测槽底部；目标体置于检测槽内底部，检测槽内的目标体与检测槽外的激励线圈同轴同中心放置，声耦合材料置于目标体和超声传感器之间，或：耦合介质置于检测槽中，目标体和超声传感器浸于耦合介质中；超声传感器固定于扫描***中，通过扫描***的移动对传感器位置进行移动，以实现不同位置声信号的检测；激励线圈在磁场激励源激励下激发变化的磁场，电磁超材料用于调控磁场，将能量集中于目标体所在的区域；电磁超材料采用等效磁导率非均匀分布；电磁超材料自身包含多个区域，不同区域等效磁导率不同，通过多个不同等效磁导率的区域对空间磁场精确调控，在目标体中激发声波，由声耦合材料或检测槽中的耦合介质耦合声波至超声传感器，超声传感器检测超声信号。
6.如权利要求5所述的基于场调控的耦合成像方法的耦合成像装置，其特征在于：所述的检测操作平台中增加一个耦合线圈；耦合线圈放置于目标体的另一侧，耦合线圈与匹配网络连接为回路；耦合线圈与激励线圈同轴布置，通过调节耦合线圈与激励线圈的耦合关系，调整谐振频率，调节激励线圈与耦合线圈中的电流比例来调整磁场作用区域，结合电磁超材料调控磁场，将能量集中于目标体所在的区域。
7.如权利要求2所述的基于场调控的耦合成像方法的耦合成像装置，其特征在于：所述的磁场激励源为检测操作平台中的激励线圈提供能量，检测操作平台中的超声传感器检测声信号后输入至检测和控制***进行处理；磁场激励源中的负载匹配网络连接检测操作平台的激励线圈，检测操作平台的超声传感器输出端连接检测和控制***的低噪声放大器的输入端；磁场激励源的负载匹配网络与检测操作平台的激励线圈组成回路，将磁场激励源能量施加于激励线圈上，产生变化的磁场分布，经检测操作平台的电磁超材料调控后作用于目标体，在目标体中激发声波，由声耦合材料或检测槽中的耦合介质耦合声波至超声传感器，由超声传感器接收声信号；超声传感器固定于扫描***中，扫描***的移动改变传感器的位置，以实现不同位置声信号的检测；检测和控制***接收超声传感器输出的电信号，通过低噪声放大器、滤波器滤波、数据采集单元采集数据，输出至数据处理及成像单元对目标体进行反演成像。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010836623.8A CN111887846B (zh) | 2020-08-19 | 2020-08-19 | 一种基于场调控的耦合成像方法及其装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010836623.8A CN111887846B (zh) | 2020-08-19 | 2020-08-19 | 一种基于场调控的耦合成像方法及其装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111887846A true CN111887846A (zh) | 2020-11-06 |
| CN111887846B CN111887846B (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=73230015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010836623.8A Active CN111887846B (zh) | 2020-08-19 | 2020-08-19 | 一种基于场调控的耦合成像方法及其装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111887846B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112683992A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 含噪声屏蔽可同时检测磁声信号和电场的定位装置及方法 |
| CN117250406A (zh) * | 2023-07-27 | 2023-12-19 | 清华大学 | 评估植入式医疗器械电磁模型的多源差分方法和装置 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010138551A1 (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | Magnetecs, Inc. | Method and apparatus for magnetic waveguide forming a shaped field employing a magnetic aperture for guiding and controlling a medical device |
| CN102085096A (zh) * | 2010-12-13 | 2011-06-08 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 注入电流式磁声耦合成像装置 |
| GB201205798D0 (en) * | 2012-03-30 | 2012-05-16 | Palikaras George | Electromagnetic imaging |
| CN105445965A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-03-30 | 成都浩博依科技有限公司 | 一种硅基全光控高速宽带太赫兹调制器及其制备方法 |
| CN107495965A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-12-22 | 中国科学院电工研究所 | 一种激光聚焦超声激励的磁声电成像方法与装置 |
| CN107669270A (zh) * | 2017-08-25 | 2018-02-09 | 中国科学院电工研究所 | 一种电磁聚焦超声激励的磁声电成像方法与装置 |
| CN108061981A (zh) * | 2016-11-07 | 2018-05-22 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 太赫兹调制器及其制备方法 |
| EP3443898A1 (en) * | 2017-08-17 | 2019-02-20 | Micrima Limited | A medical imaging system and method |
| US20190094408A1 (en) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | Duke University | Imaging through media using artificially-structured materials |
| CN110270978A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-09-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种多物理能场耦合作用下微纳机器人操控平台*** |
| US20190336000A1 (en) * | 2018-05-02 | 2019-11-07 | Elwha, Llc | Acoustic-electromagnetic tomography |
| CN110473957A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-19 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于选择性静电掺杂石墨烯的可动态调控太赫兹环偶极子超材料器件及其制备方法 |
| US20200006988A1 (en) * | 2012-07-06 | 2020-01-02 | Energous Corporation | Systems and methods of using electromagnetic waves to wirelessly deliver power to electronic devices |
-
2020
- 2020-08-19 CN CN202010836623.8A patent/CN111887846B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010138551A1 (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | Magnetecs, Inc. | Method and apparatus for magnetic waveguide forming a shaped field employing a magnetic aperture for guiding and controlling a medical device |
| CN102085096A (zh) * | 2010-12-13 | 2011-06-08 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 注入电流式磁声耦合成像装置 |
| GB201205798D0 (en) * | 2012-03-30 | 2012-05-16 | Palikaras George | Electromagnetic imaging |
| US20200006988A1 (en) * | 2012-07-06 | 2020-01-02 | Energous Corporation | Systems and methods of using electromagnetic waves to wirelessly deliver power to electronic devices |
| CN105445965A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-03-30 | 成都浩博依科技有限公司 | 一种硅基全光控高速宽带太赫兹调制器及其制备方法 |
| CN108061981A (zh) * | 2016-11-07 | 2018-05-22 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 太赫兹调制器及其制备方法 |
| EP3443898A1 (en) * | 2017-08-17 | 2019-02-20 | Micrima Limited | A medical imaging system and method |
| US20200214591A1 (en) * | 2017-08-17 | 2020-07-09 | Micrima Limited | A Medical Imaging System and Method |
| CN107669270A (zh) * | 2017-08-25 | 2018-02-09 | 中国科学院电工研究所 | 一种电磁聚焦超声激励的磁声电成像方法与装置 |
| CN107495965A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-12-22 | 中国科学院电工研究所 | 一种激光聚焦超声激励的磁声电成像方法与装置 |
| US20190094408A1 (en) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | Duke University | Imaging through media using artificially-structured materials |
| US20190336000A1 (en) * | 2018-05-02 | 2019-11-07 | Elwha, Llc | Acoustic-electromagnetic tomography |
| CN110270978A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-09-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种多物理能场耦合作用下微纳机器人操控平台*** |
| CN110473957A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-19 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于选择性静电掺杂石墨烯的可动态调控太赫兹环偶极子超材料器件及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| EZEKIEL L WALKER等: "Radio-frequency actuated polymer-based phononic meta-materials for control of ultrasonic waves", 《NPG ASIA MATERIALS》, no. 9, pages 1 - 8 * |
| 刘盛春;李坤;: "超宽带声螺旋结构", 物理, no. 11, pages 42 - 49 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112683992A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 含噪声屏蔽可同时检测磁声信号和电场的定位装置及方法 |
| CN112683992B (zh) * | 2020-12-22 | 2022-05-17 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 含噪声屏蔽可同时检测磁声信号和电场的定位装置及方法 |
| CN117250406A (zh) * | 2023-07-27 | 2023-12-19 | 清华大学 | 评估植入式医疗器械电磁模型的多源差分方法和装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111887846B (zh) | 2024-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111887846A (zh) | 一种基于场调控的耦合成像方法及其装置 | |
| CN108294751B (zh) | 一种磁声电-超声检测装置 | |
| CN107495965B (zh) | 一种激光聚焦超声激励的磁声电成像方法与装置 | |
| JP5112017B2 (ja) | Ｒｆコイルおよび磁気共鳴撮像装置 | |
| CN102885625B (zh) | 用于适配rf传输磁场以进行图像获取的*** | |
| CN107769298B (zh) | 一种动态可调频超表面结构无线充电器件及无线充电方法 | |
| CN107669270B (zh) | 一种电磁聚焦超声激励的磁声电成像方法与装置 | |
| JP2009056232A (ja) | 磁性微粒子イメージング装置およびコイル配設方法 | |
| WO2011122084A1 (ja) | Ｒｆコイル及び磁気共鳴撮像装置 | |
| CN102066967A (zh) | Mri设备的感应地供电的电部件 | |
| Lacroix et al. | A frequency-adjustable electromagnet for hyperthermia measurements on magnetic nanoparticles | |
| CN115389991B (zh) | 用于磁共振回波信号增强的超材料动态调谐***及方法 | |
| CN104070267B (zh) | 前置式双探头涡流传感焊缝自动跟踪控制方法 | |
| US20100001728A1 (en) | Probe and system for electron spin resonance imaging | |
| CN116626563A (zh) | 一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置及方法 | |
| CN115067917A (zh) | 一种开放式磁粒子成像设备、成像***及成像方法 | |
| CN111067482A (zh) | 磁控偏振光声成像方法和*** | |
| CN108303663B (zh) | 一种双气隙开放式磁共振成像磁体 | |
| WO2019213375A1 (en) | Acoustic-electromagnetic tomography | |
| CN112914541B (zh) | 一种磁声粒子成像方法及其装置 | |
| US8531186B2 (en) | Magnetic resonance body coil assembly and method for generating radio-frequency field using the magnetic resonance body coil assembly | |
| CN109620224B (zh) | 电子顺磁成像仪 | |
| US10527603B2 (en) | Detection method, imaging method and related apparatus based on magnetism characteristic detection technique | |
| IL295311A (en) | Devices for manipulating electromagnetic fields in a magnetic resonance system | |
| CN117914359A (zh) | 一种磁性双模态成像仪的信号发射接受***及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |