CN106442703B - 一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置及方法，由线圈、磁场激励模块、激励信号发生器和样本激励模块构成的门控脉冲激励单元，由工作站、触发采集放大器和声探测头构成的同步触发检测处理单元，样本激励模块的输出端通过电极连接样本，激励信号发生器的一输出端连接样本激励模块的信号输入端，激励信号另一输出端连接磁场激励模块的信号输入端，激励信号发生器的第三输出端连接触发采集放大器的信号输入端，磁场激励模块的输出端连接线圈，线圈位于样本的下面，声探测头连接样本，声探测头的输出端连接触发采集放大器的信号输入端，触发采集放大器的信号输出端连接工作站的信号输入端。本发明可显著降低磁场供电的功耗，有利于降低供电设备体积。
Description
技术领域
本发明涉及一种医学功能成像技术方法。特别是涉及一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置及方法。
背景技术
生物组织电特性反映了组织的新陈代谢状况，进而为相关疾病提供了诊断信息。磁声成像是近20年来发展起来的新型生物组织电特性成像方法，具有高对比度和高的空间分辨率的优点，在肿瘤等疾病的诊断和相关成像方法的研究显示出潜在的价值，成为功能成像领域新的研究热点。
磁声成像原理是通过对置于静磁场的样本施加电流激励，在洛伦兹力的作用下，样本质点发生声振动，通过采集检测声波和图像重建，可获得组织内部电导率分布的信息。
目前的成像中，磁铁是提供磁场的最常用的方法，永磁体和电磁铁的磁感应强度通常在0.1-1特斯拉，而电磁铁由于使用大功率设备提供直流输出，稳恒大电流耗电量高且存在安全隐患，同时庞大的体积限制了应用。
因此，新型的电磁激励方式对于磁声成像方法走向应用具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置及方法。
本发明所采用的技术方案是：一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置，包括由线圈、磁场激励模块、激励信号发生器和样本激励模块构成的用于对样本进行激励的门控脉冲激励单元，由工作站、触发采集放大器和声探测头构成的用于采集样本的信号进行处理的同步触发检测处理单元，用于将激励信号加载在样本上的样本激励模块的输出端通过电极连接样本，所述激励信号发生器的正弦脉冲信号输出端连接所述样本激励模块的信号输入端，所述激励信号发生器的门控信号输出端连接所述磁场激励模块的信号输入端，所述激励信号发生器的触发控制信号输出端连接所述触发采集放大器的信号输入端，用于将门控信号功率增强的磁场激励模块的输出端连接所述线圈，将功率增强后的门控信号转为磁场的线圈对应设置在所述样本的下面，用于采集样本产生的磁声信号的声探测头通过声耦合剂连接样本，所述声探测头的输出端连接磁声信号放大的触发采集放大器的信号输入端，所述触发采集放大器的信号输出端连接所述工作站的信号输入端。
所述激励信号发生器所发出的正弦脉冲信号为单个周期的正弦信号，脉冲宽度为1微秒，幅度为1伏，经过110倍功率增强。
所述激励信号发生器所发出的门控信号是宽度为1微秒，高电平为1伏，低电平为0伏的短脉冲信号，经过1400倍功率增强。
所述激励信号发生器所发出的触发控制信号为宽度为1微秒，高电平为3伏，低电平为 0伏的短脉冲信号。
所述激励信号发生器所发出的正弦脉冲信号、门控信号和触发控制信号起始点相同并保持同步。
所述电极采用宽度10mm、长度20mm和厚度0.3mm的铜片实现。
所述线圈采用线径为0.3～0.5mm的铜线绕制。
一种用于降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置的方法，采用单个周期的正弦脉冲作为样本激励信号，采用与激励样本的脉冲信号同步且持续时间相同的门控信号作为磁场激励信号，同时，触发控制信号与门控信号的上升沿同步，用于门控同步触发检测处理模块的触发检测放大器，实现磁声信号的同步触发检测放大；将采集到的样本磁声信号进行放大后进行图像重建；其中，所述的正弦脉冲信号为单个周期的正弦信号，是脉冲宽度为1微秒，幅度为1伏，经过110倍功率增强的信号；所述的门控信号是宽度为1微秒，高电平为1伏，低电平为0伏的短脉冲信号，且经过1400倍功率增强的信号；所述的触发控制信号为宽度为1微秒，高电平为3伏，低电平为0伏的短脉冲信号；并且所述的正弦脉冲信号、门控信号和触发控制信号起始点相同并保持同步。
工作时，初始时刻t0时正弦脉冲信号和门控信号均为低电平0；当正弦信号输出时，即t1时刻，门控信号变为高电位，驱动产生磁场，对样本的正弦脉冲和磁场激励被同时加载在样本上；当正弦信号输出结束，即t2时刻，门控信号变为低电位，停止输出；t2时刻后，磁声信号被声探测头检测。
本发明的一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置及方法，可显著降低磁场供电的功耗，有利于降低供电设备体积，同时一定程度上增强安全性。采用本发明的降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置及方法，可使磁场供电功耗降至原功耗的约1/1000。
附图说明
图1是本发明门控交变电磁激励的磁声成像装置的构成框图；
图2是本发明中磁场激励信号的波形图；
图3是本发明中样本激励信号的波形图；
图4是本发明中控制信号的波形图；
图5是本发明中磁声信号的波形图。
图中
1：工作站 2：触发采集放大器
3：声探测头 4：样本
5：线圈 6：磁场激励模块
7：激励信号发生器 8：样本激励模块
9：电极 10：声耦合剂
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置及 方法做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置，包括由线圈5、磁场激励模块6、激励信号发生器7和样本激励模块8构成的用于对样本4进行激励的门控脉冲激励单元A，由工作站1、触发采集放大器2和声探测头3构成的用于采集样本4的信号进行处理的同步触发检测处理单元B，用于将激励信号加载在样本4上的样本激励模块8的输出端通过电极9连接样本4，所述激励信号发生器7的正弦脉冲信号输出端连接所述样本激励模块8的信号输入端，所述激励信号发生器7的门控信号输出端连接所述磁场激励模块6的信号输入端，所述激励信号发生器7的触发控制信号输出端连接所述触发采集放大器2的信号输入端，用于将门控信号功率增强的磁场激励模块6的输出端连接所述线圈5，将功率增强后的门控信号转为磁场的线圈5对应设置在所述样本4的下面，用于采集样本4产生的磁声信号的声探测头3通过声耦合剂10连接样本4，所述声探测头3的输出端连接磁声信号放大的触发采集放大器2的信号输入端，所述触发采集放大器2的信号输出端连接所述工作站1的信号输入端。本发明的一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置中：
所述激励信号发生器7的功能是，同时输出三路信号，通道1输出激励样本的单个周期的正弦脉冲信号。通道2输出采用与激励样本的脉冲信号同步且持续时间相同的门控信号对样本提供磁场激励。通道3输出与门控信号上升沿同步的触发控制信号，实现触发检测放大器的触发检测放大。所述激励信号发生器7可采用多通道函数发生器实现，例如采用由同一时钟控制的2台双通道任意函数发生器AFG3252实现，产生所述通道1，通道2和通道3的信号。还可以可使用单片机，或者数字处理系统实现。
所述样本激励模块8的功能是，实现激励样本的单个周期的正弦脉冲信号的功率增强。所述电极功能是，实现激励信号加载在样本上。样本激励模块8可使用NF公司HSA4104功率放大器实现，增强功率后，信号如图3所示。
磁场激励模块6的功能是，实现门控信号的功率增强。可采用AR公司的500A250C高频高压功率放大器实现，增强功率后，信号如图2所示。
所述线圈的功能是，实现功率增强后的门控信号由电流到磁场的转化，为样本提供磁场。
所述声探测头3的功能是，检测由所述脉冲激励模块激励产生的磁声信号，可采用Panametrics公司的V303实现。
所述触发采集放大器2的功能是，进行磁声信号的放大，并在所述激励信号发生器7提供的触发控制信号上升沿时刻进行触发采集，得到的磁声信号如图5所示，可采用NI公司的PXI-5922实现。
所述工作站1的功能是，对触发采集放大器采集得到的信号进行图像重建和显示，放大器可采用NI公司的PXI-5922实现。
本发明的一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置中，所述电极9采用宽度10mm、长度20mm和厚度0.3mm的铜片实现，还可以采用银针或导电硅胶实现；所述线圈5采用线径为0.3～0.5mm的铜线绕制。所述激励信号发生器7所发出的正弦脉冲信号为单个周期的正弦信号，脉冲宽度为1微秒，幅度为1伏，经过110倍功率增强；所述激励信号发生器7所发出的门控信号是宽度为1微秒，高电平为1伏，低电平为0伏的短脉冲信号，经 过1400倍功率增强；所述激励信号发生器7所发出的触发控制信号为宽度为1微秒，高电平为3伏，低电平为0伏的短脉冲信号，如图4所示；并且，所述激励信号发生器7所发出的正弦脉冲信号、门控信号和触发控制信号起始点相同并保持同步。
本发明的降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置及方法用于门控交变电磁激励的磁声成像装置的方法，采用单个周期的正弦脉冲作为样本激励信号，采用与激励样本的脉冲信号同步且持续时间相同的门控信号作为磁场激励信号，同时，触发控制信号与门控信号的上升沿同步，用于门控同步触发检测处理模块的触发检测放大器，实现磁声信号的同步触发检测放大；将采集到的样本磁声信号进行放大后进行图像重建；其中，所述的正弦脉冲信号为单个周期的正弦信号，是脉冲宽度为1微秒，幅度为1伏，经过110倍功率增强的信号；所述的门控信号是宽度为1微秒，高电平为1伏，低电平为0伏的短脉冲信号，且经过1400倍功率增强的信号；所述的触发控制信号为宽度为1微秒，高电平为3伏，低电平为0伏的短脉冲信号；并且所述的正弦脉冲信号、门控信号和触发控制信号起始点相同并保持同步。
本发明的一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置工作时，初始时刻t0时正弦脉冲信号、门控信号均为低电平0。当正弦信号输出时，即t1时刻，门控信号变为高电位，驱动产生磁场，对样本的正弦脉冲和磁场激励被同时加载在样本上。当正弦信号输出结束，即t2时刻，门控信号变为低电位，停止输出。t2时刻后，磁声信号被声探测头3检测。
由于通常磁声成像作为激励脉冲的正弦脉冲信号占空比很小，大约为1：1000，因此采用本发明的降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置及方法，相比于常用的磁场直流供电方法，可使磁场供电功耗降至原功耗的约1/1000。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。
本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置，包括由线圈(5)、磁场激励模块(6)、激励信号发生器(7)和样本激励模块(8)构成的用于对样本(4)进行激励的门控脉冲激励单元(A)，由工作站(1)、触发采集放大器(2)和声探测头(3)构成的用于采集样本(4)的信号进行处理的同步触发检测处理单元(B)，其特征在于，用于将激励信号加载在样本(4)上的样本激励模块(8)的输出端通过电极(9)连接样本(4)，所述激励信号发生器(7)的正弦脉冲信号输出端连接所述样本激励模块(8)的信号输入端，所述激励信号发生器(7)的门控信号输出端连接所述磁场激励模块(6)的信号输入端，所述激励信号发生器(7)的触发控制信号输出端连接所述触发采集放大器(2)的信号输入端，用于将门控信号功率增强的磁场激励模块(6)的输出端连接所述线圈(5)，将功率增强后的门控信号转为磁场的线圈(5)对应设置在所述样本(4)的下面，用于采集样本(4)产生的磁声信号的声探测头(3)通过声耦合剂(10)连接样本(4)，所述声探测头(3)的输出端连接磁声信号放大的触发采集放大器(2)的信号输入端，所述触发采集放大器(2)的信号输出端连接所述工作站(1)的信号输入端，其中，
所述激励信号发生器(7)所发出的正弦脉冲信号为单个周期的正弦信号，脉冲宽度为1微秒，幅度为1伏，经过110倍功率增强；
所述激励信号发生器(7)所发出的门控信号是宽度为1微秒，高电平为1伏，低电平为0伏的短脉冲信号，经过1400倍功率增强；
所述激励信号发生器(7)所发出的正弦脉冲信号、门控信号和触发控制信号起始点相同并保持同步。
2.根据权利要求1所述的一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置，其特征在于，所述激励信号发生器(7)所发出的触发控制信号为宽度为1微秒，高电平为3伏，低电平为0伏的短脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置，其特征在于，所述电极(9)采用宽度10mm、长度20mm和厚度0.3mm的铜片实现。
4.根据权利要求1所述的一种降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置，其特征在于，所述线圈(5)采用线径为0.3～0.5mm的铜线绕制。
5.一种用于权利要求1所述的降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置的方法，其特征在于，采用单个周期的正弦脉冲作为样本激励信号，采用与激励样本的脉冲信号同步且持续时间相同的门控信号作为磁场激励信号，同时，触发控制信号与门控信号的上升沿同步，用于门控同步触发检测处理模块的触发检测放大器，实现磁声信号的同步触发检测放大；将采集到的样本磁声信号进行放大后进行图像重建；其中，所述的正弦脉冲信号为单个周期的正弦信号，是脉冲宽度为1微秒，幅度为1伏，经过110倍功率增强的信号；所述的门控信号是宽度为1微秒，高电平为1伏，低电平为0伏的短脉冲信号，且经过1400倍功率增强的信号；所述的触发控制信号为宽度为1微秒，高电平为3伏，低电平为0伏的短脉冲信号；并且所述的正弦脉冲信号、门控信号和触发控制信号起始点相同并保持同步。
6.根据权利要求5所述的用于降低功耗的门控交变电磁激励的磁声成像装置的方法，其特征在于，工作时，初始时刻t0时正弦脉冲信号和门控信号均为低电平0；当正弦信号输出时，即t1时刻，门控信号变为高电位，驱动产生磁场，对样本的正弦脉冲和磁场激励被同时加载在样本上；当正弦信号输出结束，即t2时刻，门控信号变为低电位，停止输出；t2时刻后，磁声信号被声探测头(3)检测。
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Granted publication date: 20190604 |
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