CN116269302A - 磁感应断层成像方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种磁感应断层成像方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：基于接收到的成像指令，向所述激励线圈依次施加多个和激励信号；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号；获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号；分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号；基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像。采用本方法能够提高测量信号的准确率，达到提高电阻抗分布图像成像品质的效果。
Description
技术领域
本申请涉及磁感应断层成像技术领域，特别是涉及一种磁感应断层成像方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
磁感应断层成像是一种非接触式的电阻抗成像，利用了电磁感应的基本原理，即处于交变磁场中的容积导体内部会感应出同频率的交变涡流，而涡流的性质与容积导体的电阻抗分布直接相关。磁感应断层成像通过与被测对象非接触的线圈施加某一频率的激励电流，产生同频激励磁场，进而在被测对象中感应出同频涡流，通过另一个线圈测量此感应涡流引起的二次感应磁场信号，基于二次感应磁场信号和相应的成像算法获得被测对象内部的电阻抗分布图像。
目前，磁感应断层成像都是采用单一频率进行激励，并基于测量的同频感应信号而成像，该信号为激励磁场与感应涡流引起的二次感应磁场信号的合成磁场，无法获得单独的感应涡流引起的二次感应磁场信号。然而，由于二次感应磁场的强度相对于激励磁场的强度要小得多，二次感应磁场的测量需要高精度的仪器完成，而当被测对象的电导率较小时，二次感应磁场的强度更小，检测难度更大。
由此可见，目前的磁感应断层成像技术仍然存在测量准确率低、成像品质差的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高测量准确率和成像品质的磁感应断层成像方法、装置、计算机设备和存储介质。
第一个方面，本实施例提供了一种磁感应断层成像方法，应用于磁感应断层成像设备，所述磁感应断层成像设备包括激励线圈和测量线圈，所述方法包括：
基于接收到的成像指令，向所述激励线圈依次施加多个和激励信号；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号；
获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号；
分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号；
基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像。
在其中一个实施例中，所述磁感应断层成像设备包括多个激励线圈；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号的融合信号；所述向所述激励线圈依次施加多个和激励信号包括：依次将每一个所述和激励信号施加至每一个所述激励线圈。
在其中一个实施例中，所述和激励信号包括第一频率信号以及第二频率信号；所述向所述激励线圈依次施加多个和激励信号包括：依次将每一个所述和激励信号对应的所述第一频率信号以及第二频率信号施加至任意两个不同的所述激励线圈。
在其中一个实施例中，所述和激励信号包括第一和激励信号，所述第一和激励信号包括第一频率信号和第二频率信号；所述分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号包括：
将与所述第一和激励信号对应的所述测量信号与所述第一频率信号相乘并滤波后，得到第一成分信号；
将与所述第一和激励信号对应的所述测量信号与所述第二频率信号相乘并滤波后，得到第二成分信号；
将所述第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到对应所述第一和激励信号的所述差信号。
在其中一个实施例中，所述将所述第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到所述差信号包括：所述第一成分信号的幅值为第一幅值；所述第二成分信号的幅值为第二幅值；
基于所述第一幅值以及第二幅值，调整第一频率信号的幅值；
基于所述第一幅值以及第二幅值，调整第二频率信号的幅值；
基于调整后的第一频率信号和第二频率信号重新获取对应的第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到所述差信号。
在其中一个实施例中，所述和激励信号还包括第二和激励信号，所述第二和激励信号包括第一频率信号和第三频率信号；所述分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号包括：
将与所述第二和激励信号对应的所述测量信号与所述第一频率信号相乘并滤波后，得到第三成分信号；
将与所述第二和激励信号对应的所述测量信号与所述第三频率信号相乘并滤波后，得到第四成分信号；
将所述第三成分信号和第四成分信号输入至差分放大器，得到对应所述第二和激励信号的所述差信号。
在其中一个实施例中，所述基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像包括：
基于所述第一和激励信号对应的所述差信号以及所述第二和激励信号对应的所述差信号的相位确定所述第二频率信号和第三频率信号在被测对象中引起的磁感应信号的相位偏移差值；
基于所述相位偏移差值进行频率差分成像，得到所述电阻抗分布变化图像。
第二个方面，本实施例提供了一种磁感应断层成像装置，应用于磁感应断层成像设备，所述磁感应断层成像设备包括激励线圈和测量线圈，所述装置包括：
激励模块，用于基于接收到的成像指令，向所述激励线圈依次施加多个和激励信号；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号；
获取模块，用于获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号；
生成模块，用于分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号；
成像模块，用于基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像。
第三个方面，本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
第四个方面，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
上述磁感应断层成像方法、装置、计算机设备和存储介质，通过基于接收到的成像指令，向所述激励线圈依次施加多个和激励信号；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号；获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号；分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号；基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像，可以得到基于不同频率引起的电阻抗分布图像，相比于现有技术中测量信号中始终包含同频激励信号的固有特点，可以削弱甚至消除测量信号中由和激励信号产生的激励磁场，从而使测量信号的准确率更高，达到提高电阻抗分布图像成像品质的效果。
附图说明
图1为一个实施例中磁感应断层成像方法的应用环境图；
图2为一个实施例中磁感应断层成像方法的流程示意图；
图3为一个实施例中磁感应断层成像方法的应用场景图；
图4为另一个实施例中磁感应断层成像方法的应用场景图；
图5为另一个实施例中磁感应断层成像方法对应装置的示意图；
图6为一个实施例中磁感应断层成像装置的结构框图；
图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供的磁感应断层成像方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端102与处理器104通过有线或无线的方式连接，即，处理器104可以与终端102共同架构在本地，也可以是架设在云服务器中。终端102基于接收到的成像指令，可以是向与其连接的激励线圈施加和激励信号，并获取测量线圈采集到的测量信号；终端102获取测量信号后，可以是将该测量信号直接发送至处理器104，处理器104基于该测量信号与对应的和激励信号生成多个差信号，并基于多个差信号生成电阻抗分布图像；在另一个实施例中，还可以是终端102获取测量信号，并基于该测量信号与对应的和激励信号生成多个差信号，将该差信号发送至处理器104，处理器104基于多个差信号生成电阻抗分布图像。在生成得到电阻抗分布图像后，处理器104将电阻抗分布图像发送给终端102进行显示。进一步的，处理器104可以与数据存储系统进行有线或无线的方式连接，该数据存储系统用于需要处理的数据，在生成得到电阻抗分布图像后，还包括将电阻抗分布图像上传至数据存储系统进行存储。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种磁感应断层成像方法，以该方法应用于图1中的终端为例进行说明，该终端可以为磁感应断层成像设备，磁感应断层成像设备包括激励线圈和测量线圈，该方法包括以下步骤：
步骤S100，基于接收到的成像指令，向所述激励线圈依次施加多个和激励信号。
其中，所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号。激励线圈是指用于通入激励信号而产生激励磁场的线圈，激励线圈在激励信号的情况下产生激励磁场，置于该磁场中的被测对象内部因电磁感应而产生交变涡流，进而由交变涡流引起感应磁场，测量线圈是指用于测量磁感应断层成像内的磁场信号，该磁场信号为包括激励磁场与感应磁场在内的和磁场信号。激励线圈和测量线圈可以采用相同的线圈，相应的，可以通过预设的激励方案选通其中的线圈作为激励线圈，并通入电流而产生磁场，并选通其他的全部或部分线圈作为测量线圈接收磁场信号。
成像指令可以是在将被测对象放置在磁感应断层成像设备后，由用户基于时机判断而手动发送，也可以是基于磁感应断层成像设备检测到被测对象后自动发送。基于成像指令向激励线圈施加信号，可以是控制激励源向激励线圈发送信号。
成像指令可以包括所选通的激励线圈信息、所选通的测量线圈信息以及和激励信号信息等。和激励信号信息可以包括激励信号的频率、幅值、相位等，还可以包括其他激励信号的属性信息，本文对此不作限定。在其中一个实施例中，激励信号可以为正弦信号，和激励信号可以包括至少两个不同频率的正弦信号。
向所述激励线圈依次施加多个和激励信号，可以包括向单个激励线圈依次施加多个不同的和激励信号，也可以包括向多个激励线圈依次施加相同的和激励信号，还可以是既向单个激励线圈依次施加多个不同的和激励信号，又向多个激励线圈依次施加相同的和激励信号，上述信号的施加顺序可以是基于实际需求进行设置，本文对此不作限定。
和激励信号的信号成分为至少两个不同频率的信号。依次施加多个和激励信号，多个和激励信号的信号成分可以是相同的，例如，多个和激励信号均由相同的多个不同频率的信号组成，并依次施加到多个激励线圈中；多个和激励信号的信号成分也可以是部分相同的，例如，多个和激励信号可以包括一个或多个相同的信号，以及与之不同频率的信号；多个和激励信号的信号成分还可以是基于实际需求设置包括完全不同的信号成分，本文对此不作限定。向激励线圈施加和激励信号，还可以是基于信号成分、向多个激励线圈施加对应于信号成分的激励信号，从而基于多个激励信号产生的磁场得到和激励磁场。
步骤S200，获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号。
其中，基于多个所述和激励信号采集多个测量信号，可以是基于单个和激励信号，获取对应于该单个和激励信号的测量线圈所采集的测量信号，从而获取多个和激励信号对应所采集的测量信号。
步骤S300，分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号。
可以理解的是，和激励信号包括至少两种不同频率的信号，差信号则为不同频率信号的差值的信号。以两种不同频率的信号为例，差信号的频率则为该两种信号的频率的差值。
基于所述测量信号和对应的所述和激励信号生成多个差信号，可以是基于单个测量信号和对应的和激励信号生成单个差信号，从而得到基于多个测量信号和对应的和激励信号生成的多个差信号。
基于所述测量信号和对应的所述和激励信号生成差信号，可以是基于和激励信号对测量信号的频率成分进行分离，得到频率为和激励信号内各信号成分的频率差值的信号。可以理解的是，生成的差信号至少包含了被测对象在高频率激励磁场和低频率激励磁场下的感应磁场信号，以及被测对象基于和激励磁场所引起的感应涡流的相位偏移，从而可以基于差信号生成电阻抗分布图像。
步骤S400，基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像。
其中，电阻抗分布图像即被测对象的电阻率或电导率分布图像，其基本原理是根据被测对象的各部分在不同状态下具备不同的电阻率或电导率，从而可以通过激励信号产生激励磁场以及测量线圈获取包括激励磁场以及被测对象的感应涡流引起的二次感应磁场在内的和磁场信号，并基于和磁场信号重建人体内部的电阻抗分布图像。
基于多个差信号生成电阻抗分布图像，可以是基于多个差信号，得到被测对象在多个激励频率下的电阻抗分布，以和激励磁场包括两个不同频率的信号为例，可以是基于多个差信号计算被测对象在上述两个频率下的电导率变化量，从而得到被测对象的电阻抗分布图像。
本实施例提供的一种磁感应断层成像方法，通过向激励线圈依次施加多个和激励信号，并基于得到的测量信号以及和激励信号生成多个差信号，从而生成电阻抗分布图像，可以得到基于不同频率引起的电阻抗分布图像，相比于现有技术中测量信号中始终包含同频激励信号的固有特点，可以削弱甚至消除测量信号中由和激励信号产生的激励磁场，从而使测量信号的准确率更高，达到提高电阻抗分布图像成像品质的效果。
在其中一个实施例中，所述磁感应断层成像设备包括多个激励线圈；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号的融合信号；所述向所述激励线圈依次施加多个和激励信号包括：依次将每一个所述和激励信号施加至每一个所述激励线圈。
可以理解的是，和激励信号包括至少两个不同频率的信号，该和激励信号的施加可以是对单个激励线圈同时施加上述至少两个不同频率的信号，也可以是向多个激励线圈分别施加上述至少两个不同频率的信号。在本实施例中，和激励信号包括至少两个不同频率的信号的融合信号，以采用正弦信号为例，和激励信号的施加可以是同时通以两种不同频率的正弦电流信号。
依次将每一个所述和激励信号施加至每一个所述激励线圈，可以是对磁感应断层成像设备内的线圈阵列中的线圈依次施加和激励信号。通过对线圈阵列中的线圈依次施加和激励信号，可以实现多个角度对被测对象产生激励磁场，并通过其他线圈作为测量线圈获取磁场信号，可以得到更为准确和全面的测量数据。可以理解的是，线圈阵列中的激励线圈和测量线圈的个数、结构和位置关系等可以基于实际需要进行设置，也可以基于实际需要选择对线圈进行单用或复用，其中，单用为仅用于产生激励磁场或测量磁场信号，复用则为通过电路控制同一个线圈使其均可用于产生激励磁场和测量感应测量信号。
相应的，在该线圈阵列中，获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号，可以是选通其中一个线圈作为激励线圈，选通其余多个线圈作为测量线圈以获得多个角度采集到的多个测量信号，从而得到在遍历选通不同的线圈作为激励线圈后采集得到的相应的多个测量信号。
本实施例提供的一种磁感应断层成像方法，通过依次将每一个包括至少两个不同频率的信号的融合型号的和激励信号施加至每一个所述激励线圈，可以实现多个角度对被测对象产生激励磁场，并通过其他线圈作为测量线圈获取磁场信号，可以得到更为准确的测量结果，达到提高测量准确率以及成像品质的效果。
在其中一个实施例中，所述和激励信号包括第一频率信号以及第二频率信号；所述向所述激励线圈依次施加多个和激励信号包括：依次将每一个所述和激励信号对应的所述第一频率信号以及第二频率信号施加至任意两个不同的所述激励线圈。
在本实施例中，和激励信号包括两种不同频率的信号，分别为第一频率信号和第二频率信号。依次将每一个所述和激励信号对应的所述第一频率信号以及第二频率信号施加至任意两个不同的所述激励线圈，可以是施加至任意两个相邻的激励线圈，也可以是施加至间隔有预设数量线圈的两个激励线圈。相应的，和激励信号的施加可以是控制两个激励源对两个不同的激励线圈施加第一频率信号和第二频率信号。
本实施例的一种磁感应断层成像方法提供了一种和激励信号的激励方法，通过依次将每个和激励信号对应的第一频率信号和第二频率信号依次施加到任意不同的所述线圈，可以实现基于两个不同频率的激励信号的激励磁场的生成。
在其中一个实施例中，所述和激励信号包括第一和激励信号，所述第一和激励信号包括第一频率信号和第二频率信号；所述分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号包括：
将与所述第一和激励信号对应的所述测量信号与所述第一频率信号相乘并滤波后，得到第一成分信号；
将与所述第一和激励信号对应的所述测量信号与所述第二频率信号相乘并滤波后，得到第二成分信号；
将所述第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到对应所述第一和激励信号的所述差信号。
其中，将测量信号与第一频率信号相乘，以及将测量信号与第二频率相乘，可以是将两个信号分别输入至乘法器，得到相乘后的信号。
将测量信号与第一频率信号相乘并滤波，可以是基于滤波器对相乘后的信号进行分离，取出仅包含两种激励频率差频的第一成分信号。相应的，将测量信号与第二频率信号相乘并滤波，可以是基于滤波器对相乘后的信号进行分离，取出仅包含两种激励频率差频的第二成分信号。
将第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，可以得到与第一和激励信号所对应的差信号。
在一个具体实施例中，第一频率信号f1的频率为f，第二频率信号f2的频率为f+
f，
f为第一频率信号与第二频率信号的频率差值；第一频率信号f1为正弦信号I1=I10sin2πft，第二频率信号f2为正弦信号I2=I20sin(2πft+2π/>
ft)。
第一频率信号和第二频率信号在施加到激励线圈后，产生了包含与第一频率信号同频的激励磁场B1=B10sin2πft、以及与第二频率信号同频的激励磁场B2=B20sin(2πft+2π
ft)在内的和激励磁场。
当被测对象位于该和激励磁场内部时，因其具有导电性而感应出与两个频率信号同频的和交变涡流，该和交变涡流包括与第一频率信号同频的
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E10sin(2πft+φ1)，和与第二频率信号同频的/>
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E20sin(2πft+2π/>
ft+φ2)，其中，φ1为感应涡流相对于第一频率信号所施加电流的相位偏移，φ2为感应涡流相对于第二频率信号所施加电流的相位偏移，该涡流与被测对象内部的电阻抗分布直接相关，当激励频率和被测对象的电阻抗分布不变时，φ1和φ2不变。
和交变涡流内的两个交变涡流分别产生二次感生磁场，包括与第一频率信号同频的
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B10sin(2πft+φ1)和与第二频率信号同频的/>
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ft+φ2)，最终在磁感应断层成像设备内形成包含激励磁场和二次感生磁场在内的和磁场(B1+B2+/>
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B2)，测量线圈所检测的为该和磁场的磁通量变换率，即感生电动势。
将与所述第一和激励信号对应的所述测量信号与所述第一频率信号相乘并滤波后，得到第一成分信号，是将测量信号(B1+B2+
B1+/>
B2)与第一频率信号I1=I10sin2πft相乘，得到的相乘后的信号通过滤波器分离出其中的两种激励频率的第一成分信号/>
；与该处理步骤相对应，将与所述第一和激励信号对应的所述测量信号与所述第二频率信号相乘并滤波后，得到第二成分信号，是测量信号(B1+B2+/>
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B2)与第二频率信号I2=I20sin(2πft+2π/>
ft)相乘，得到的相乘后的信号通过滤波器分离出其中的两种激励频率的第二成分信号
。将第一成分信号和第二成分信号送入差分放大器，即可得到单个差信号
，其中，
包含了第一和激励信号所产生的激励磁场B10和B20，基于此可以实现差信号中的激励磁场的削弱。
本实施例提供的一种磁感应断层成像方法，通过将测量信号分别与第一频率信号和第二频率信号相乘和滤波后送入差分放大器，可以实现所测量的磁场信号的频率成分分离，得到高质量的测量信号，达到提高成像品质的效果。
在其中一个实施例中，所述将所述第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到所述差信号包括：所述第一成分信号的幅值为第一幅值；所述第二成分信号的幅值为第二幅值；
基于所述第一幅值以及第二幅值，调整第一频率信号的幅值；
基于所述第一幅值以及第二幅值，调整第二频率信号的幅值；
基于调整后的第一频率信号和第二频率信号重新获取对应的第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到所述差信号。
可以理解的是，在未对幅值进行调整的情况下，第一成分信号和第二成分信号在输入差分放大器后，所得到的差信号中仍存在第一频率信号和第二频率信号产生的激励磁场的成分。由于第一成分信号和第二成分信号是在测量信号分别与第一频率信号和第二频率信号相乘并滤波后所得，因此可以对第一频率信号和第二频率信号的幅值进行调整，使得第一成分信号和第二成分信号在差分后可以实现激励磁场的进一步削弱甚至抵消。
基于所述第一幅值以及第二幅值，调整第一频率信号的幅值，可以是对第一频率信号的电流幅值进行调整；相应的，基于所述第一幅值以及第二幅值，调整第二频率信号的幅值，也可以是对第二频率信号的电流幅值进行调整。
在一个具体实施例中，基于测量信号和第一和激励信号得到的差信号为
，则可以对第一频率信号和第二频率信号的电流幅值I10和I20进行调整，使得I10B20与I20B10趋于相等，而后基于重新获取的第一成分信号和第二成分信号差信号，可使此时的差信号只包含/>
B10和/>
B20代表的涡流引起的感应磁场以及两种激励正弦信号在被测对象中所引起感应涡流的相位偏移φ1和φ2。进一步的，可以基于差信号的相位来求得相位偏移φ1和φ2的差值，从而基于该差值得到电阻抗分布变化图像。
本实施例提供的一种磁感应断层成像方法，通过基于第一幅值和第二幅值对第一频率信号和第二频率信号的幅值进行分别调整，可以得到激励磁场削弱甚至抵消的差信号，基于该差信号进行成像，可以得到更为准确的电阻抗分布图像，达到提高成像品质的效果。
在其中一个实施例中，所述和激励信号还包括第二和激励信号，所述第二和激励信号包括第一频率信号和第三频率信号；所述分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号包括：
将与所述第二和激励信号对应的所述测量信号与所述第一频率信号相乘并滤波后，得到第三成分信号；
将与所述第二和激励信号对应的所述测量信号与所述第三频率信号相乘并滤波后，得到第四成分信号；
将所述第三成分信号和第四成分信号输入至差分放大器，得到对应所述第二和激励信号的所述差信号。
其中，第二和激励信号中的第一频率信号，与第一和激励信号中的第一频率信号为相同频率的信号，第三频率信号可以是任意的除第一频率和第二频率外的频率的信号。
将测量信号分别于第一频率信号和第三频率信号相乘并滤波，得到第三成分信号和第四成分信号，可参考上述实施例中基于测量信号与第一和激励信号得到差信号的步骤，本文在此不做赘述。
进一步的，第二和激励信号的施加，可以是在第一和激励信号对单个激励线圈施加之前或之后，对该激励线圈进行施加，也可以是在第一和激励信号对所选定的所有激励线圈施加之前或之后，对相应的激励线圈进行施加，还可以是其他的与第一和激励信号的组合施加方式，本文对此不作限定。
本实施例提供的一种磁感应断层成像方法，通过施加第二和激励信号，并基于测量信号与第二和激励信号得到与第二和激励信号所对应的差信号，可以实现对被测对象的多个频率的电阻抗分布成像，提高检测的全面性和完整性。
在其中一个实施例中，所述基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像包括：
基于所述第一和激励信号对应的所述差信号以及所述第二和激励信号对应的所述差信号的相位确定所述第二频率信号和第三频率信号在被测对象中引起的磁感应信号的相位偏移差值；
基于所述相位偏移差值进行频率差分成像，得到所述电阻抗分布变化图像。
其中，基于所述第一和激励信号对应的所述差信号以及所述第二和激励信号对应的所述差信号的相位确定所述第二频率信号和第三频率信号在被测对象中引起的磁感应信号的相位偏移差值，可以是基于在第一频率信号和第二频率信号激励下得到的差信号相位，与在第一频率信号和第三频率信号激励下得到的差信号相位，可以解出第二频率信号和第三频率信号在被测对象所引起的磁感应信号的相位偏移差值，从而可以应用成像算法进行频率差分成像，从而得到被测对象内部的频率差分电阻抗分布变化图像。
本实施例提供的一种磁感应断层成像方法，通过基于第一和激励信号和第二和激励信号的激励得到与之对应的差信号，可以实现在不同和激励信号下的不同频率的电阻抗分布变化图像的成像。
为了更清楚的阐述本申请的技术方案，本申请还提供了一个详细实施例。
在本实施例中，如图3所示，应用于磁感应断层成像设备，该磁感应断层成像设备可以包括激励源、线圈阵列、乘法器和滤波器。
其中，线圈阵列可以是由16个复用的圆形螺线管线圈、并圆周环绕而组成，该圆形螺线管线圈在激励源的激励下可以产生激励磁场，还可在电路的控制下用于获取磁场信号。
本实施例的磁感应断层成像方法包括：当被测物体位于线圈阵列内时，在同一个激励线圈中通以混合两种频率的正弦信号，通过测量线圈检测两种激励磁场及其感应涡流所引起的二次感应磁场的合成磁场信号，分别两种激励频率的正弦信号相乘，再通过滤波的方法获得两种激励频率的差频的信号，然后分别输入差分放大器的两端获得差信号，用此方式切换不同位置或角度的激励线圈和测量线圈组合，获得全部的差信号；换用第三种激励频率正弦信号与第一种激励频率正弦信号，重复上述过程，也获得全部的差信号；计算得到第三种激励频率和第二种激励频率所引起的相位差，应用成像算法重建被测对象内部的频率差分电阻抗分布变化图像。
其中，在同一个激励线圈中通以混合两种频率的正弦信号，可以是通入正弦激励1，即第一频率为f1=f的正弦激励信号I1=I10sin2πft，和正弦激励2，即第二频率为f2=f+
f的正弦激励信号I2=I20sin(2πft+2π/>
ft)。通过两种不同频率的正弦激励信号相加，可以得到时间相干的和激励信号。
和激励信号通过多路开关，施加到激励线圈阵列中的某一个线圈上，使其产生含有与两个激励信号同频的和激励磁场B1=B10sin2πft和B2=B20sin(2πft+2π
ft)。由于被测对象具有导电性，当其处于和激励磁场中时，会基于和激励磁场感应出与两个激励信号同频的时间相干和交变涡流/>
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E10sin(2πft+φ1)和/>
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E20sin(2πft+2π/>
ft+φ2)，其中，φ1为感应涡流相对于正弦激励信号I1的相位偏移，φ2为感应涡流相对于正弦激励信号I2的相位偏移，此涡流与被测对象内部的电阻抗分布直接相关，当激励频率和被测对象的电阻抗分布不变时，φ1和φ2不变。和交变涡流产生后，其又产生二次感生磁场/>
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B1为基于正弦激励信号I1的二次感生磁场，/>
B2为基于正弦激励信号I2的二次感生磁场。
通过多路开关选通线圈阵列中的一个线圈作为测量线圈，依据电磁感应原理，通过测量线圈可以检测到包含两个激励磁场和两个二次感生磁场在内的和磁场(B1+B2+
B1+
B2)的磁通量变换率，即感生电动势。
将测量信号与正弦激励信号I1通过乘法器进行相乘，即I10sin2πft·(B1+B2+
B1+/>
B2)，相乘后的信号可以分离出所包含的频率成分，通过滤波器，只取其中的两种激励频率的差频/>
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。
将上述基于正弦激励信号I1和正弦激励信号I2相乘得到的两个差频
f成分信号送入差分放大器，得到差信号为/>
，其中，/>
包含了激励信号所产生的激励磁场B10和B20，在差分后相减可以使差信号中的激励磁场被削弱。
根据
，适当调节I10和I20，使I10B20=I20B10，从而将差信号中的激励磁场完全抵消，此时，差信号中仅包含了/>
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B20代表的感应涡流所引起的感应磁场，以及两种激励正弦信号在被测对象中所引起感应涡流的相位偏移φ1和φ2，激励磁场抵消后的差信号仍为一个频率为差频/>
f的正弦信号，其相位为
。
遍历选通线圈阵列中每一个测量线圈，得到差信号后送入控制计算机。具体的，如图5所示为进一步构建的磁感应断层成像方法对应装置的示意图，在得到差信号后，还包括通过AD转换，将差信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号送入控制计算机。进一步的，还可以是由控制计算机通过对多路开关的控制，选通激励线圈以施加正弦激励1和正弦激励2，并基于得到的差信号对激励信号的电流幅值进行调整，从而可以得到激励磁场抵消后的差信号。
遍历选通线圈阵列中的每一个激励线圈，并获得每一个激励线圈相应的测量线圈所得的差信号，得到全部的激励线圈-测量线圈组合的差信号。
将原和激励信号中的正弦激励信号I2=I20sin(2πft+2π
ft)替换为频率为f3的为正弦激励信号I3，与正弦激励信号I1共同输入至激励线圈中作为和激励信号，并依照与本实施例中的上述步骤相同的方法，获得全部的激励线圈-测量线圈组合的差信号，得到差信号的相位为/>
。
在控制计算机中，基于差信号相φ21和φ31，可以解出正弦激励信号I3与正弦激励信号I2两种激励频率的信号分别在被测对象中所引起感应涡流的相位偏移φ3和φ2的差值，即为激励频率f3和f2在被测对象所引起的磁感应信号的相位偏移之差，应用成像算法进行频率差分成像，可得被测对象内部的频率差分电阻抗分布变化图像，并将该电阻抗分布变化图像显示于屏幕上。
此外，如图4所示，还可以采用与本详细实施例中包括测量信号采集、差信号的获取以及生成电阻抗分布变化图像等步骤在内的相同的方法，对激励线圈1和激励线圈2分别输入单个正弦激励信号，即正弦激励1和正弦激励2，以实现产生包括两种激励频率的信号产生的激励磁场在内的和激励磁场，即，在两个激励线圈中分别通以两种频率的正弦信号，通过测量线圈检测两种激励磁场及其感应涡流所引起的二次感应磁场的合成磁场信号，其后基于测量信号得到电阻抗分布变化图像的方法，本文在此不做赘述。
本实施例提供的一种磁感应断层成像方法，通过利用两种频率时间相干激励，以及直接测量信号与激励信号相乘再滤波，可以获得两种激励频率的差频磁感应信号，再经过差分可以削弱甚至消除激励信号，相比于经典磁感应断层成像的测量信号中始终包含同频激励信号的固有特点，可以获得更高质量的测量信号，进而获得更好效果的频率差分电阻抗分布变化图像。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的磁感应断层成像方法的磁感应断层成像装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个磁感应断层成像装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于磁感应断层成像方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种磁感应断层成像装置，包括：激励模块100、获取模块200、生成模块300和成像模块400，其中：
激励模块100，用于基于接收到的成像指令，向所述激励线圈依次施加多个和激励信号；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号；
获取模块200，用于获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号；
生成模块300，用于分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号；
成像模块400，用于基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像。
在其中一个实施例中，所述磁感应断层成像设备包括多个激励线圈；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号的融合信号；所述激励模块100还用于：依次将每一个所述和激励信号施加至每一个所述激励线圈。
在其中一个实施例中，所述和激励信号包括第一频率信号以及第二频率信号；所述激励模块100还用于：依次将每一个所述和激励信号对应的所述第一频率信号以及第二频率信号施加至任意两个不同的所述激励线圈。
在其中一个实施例中，所述和激励信号包括第一和激励信号，所述第一和激励信号包括第一频率信号和第二频率信号；所述生成模块300还用于：将与所述第一和激励信号对应的所述测量信号与所述第一频率信号相乘并滤波后，得到第一成分信号；将与所述第一和激励信号对应的所述测量信号与所述第二频率信号相乘并滤波后，得到第二成分信号；将所述第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到对应所述第一和激励信号的所述差信号。
在其中一个实施例中，所述生成模块300还用于：所述第一成分信号的幅值为第一幅值；所述第二成分信号的幅值为第二幅值；基于所述第一幅值以及第二幅值，调整第一频率信号的幅值；基于所述第一幅值以及第二幅值，调整第二频率信号的幅值；基于调整后的第一频率信号和第二频率信号重新获取对应的第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到所述差信号。
在其中一个实施例中，所述和激励信号还包括第二和激励信号，所述第二和激励信号包括第一频率信号和第三频率信号；所述激励模块100还用于：将与所述第二和激励信号对应的所述测量信号与所述第一频率信号相乘并滤波后，得到第三成分信号；将与所述第二和激励信号对应的所述测量信号与所述第三频率信号相乘并滤波后，得到第四成分信号；将所述第三成分信号和第四成分信号输入至差分放大器，得到对应所述第二和激励信号的所述差信号。
在其中一个实施例中，所述成像模块400还用于：基于所述第一和激励信号对应的所述差信号以及所述第二和激励信号对应的所述差信号的相位确定所述第二频率信号和第三频率信号在被测对象中引起的磁感应信号的相位偏移差值；基于所述相位偏移差值进行频率差分成像，得到所述电阻抗分布变化图像。
上述磁感应断层成像装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC（近场通信）或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种磁感应断层成像方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
基于接收到的成像指令，向所述激励线圈依次施加多个和激励信号；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号；
获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号；
分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号；
基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
基于接收到的成像指令，向所述激励线圈依次施加多个和激励信号；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号；
获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号；
分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号；
基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random AccessMemory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种磁感应断层成像方法，应用于磁感应断层成像设备，其特征在于，所述磁感应断层成像设备包括激励线圈和测量线圈，所述方法包括：
基于接收到的成像指令，向所述激励线圈依次施加多个和激励信号；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号；
获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号；
分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号；
基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像。
2.根据权利要求1所述的磁感应断层成像方法，其特征在于，所述磁感应断层成像设备包括多个激励线圈；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号的融合信号；所述向所述激励线圈依次施加多个和激励信号包括：
依次将每一个所述和激励信号施加至每一个所述激励线圈。
3.根据权利要求2所述的磁感应断层成像方法，其特征在于，所述和激励信号包括第一频率信号以及第二频率信号；所述向所述激励线圈依次施加多个和激励信号包括：
依次将每一个所述和激励信号对应的所述第一频率信号以及第二频率信号施加至任意两个不同的所述激励线圈。
4.根据权利要求1所述的磁感应断层成像方法，其特征在于，所述和激励信号包括第一和激励信号，所述第一和激励信号包括第一频率信号和第二频率信号；所述分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号包括：
将与所述第一和激励信号对应的所述测量信号与所述第一频率信号相乘并滤波后，得到第一成分信号；
将与所述第一和激励信号对应的所述测量信号与所述第二频率信号相乘并滤波后，得到第二成分信号；
将所述第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到对应所述第一和激励信号的所述差信号。
5.根据权利要求4所述的磁感应断层成像方法，其特征在于，所述将所述第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到所述差信号包括：所述第一成分信号的幅值为第一幅值；所述第二成分信号的幅值为第二幅值；
基于所述第一幅值以及第二幅值，调整第一频率信号的幅值；
基于所述第一幅值以及第二幅值，调整第二频率信号的幅值；
基于调整后的第一频率信号和第二频率信号重新获取对应的第一成分信号和第二成分信号输入至差分放大器，得到所述差信号。
6.根据权利要求4所述的磁感应断层成像方法，其特征在于，所述和激励信号还包括第二和激励信号，所述第二和激励信号包括第一频率信号和第三频率信号；所述分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号包括：
将与所述第二和激励信号对应的所述测量信号与所述第一频率信号相乘并滤波后，得到第三成分信号；
将与所述第二和激励信号对应的所述测量信号与所述第三频率信号相乘并滤波后，得到第四成分信号；
将所述第三成分信号和第四成分信号输入至差分放大器，得到对应所述第二和激励信号的所述差信号。
7.根据权利要求6所述的磁感应断层成像方法，其特征在于，所述基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像包括：
基于所述第一和激励信号对应的所述差信号以及所述第二和激励信号对应的所述差信号的相位，确定所述第二频率信号和第三频率信号在被测对象中引起的磁感应信号的相位偏移差值；
基于所述相位偏移差值进行频率差分成像，得到所述电阻抗分布变化图像。
8.一种磁感应断层成像装置，应用于磁感应断层成像设备，其特征在于，所述磁感应断层成像设备包括激励线圈和测量线圈，所述装置包括：
激励模块，用于基于接收到的成像指令，向所述激励线圈依次施加多个和激励信号；所述和激励信号包括至少两个不同频率的信号；
获取模块，用于获取所述测量线圈分别基于多个所述和激励信号采集到的多个测量信号；
生成模块，用于分别基于所述测量信号和对应的所述和激励信号，生成多个差信号；
成像模块，用于基于多个所述差信号生成电阻抗分布图像。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法的步骤。
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| Title |
|---|
| 王野;谭超;董峰;: "多激励频率模式的磁感应层析成像系统", 北京航空航天大学学报, vol. 43, no. 11 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118021276A (zh) * | 2024-04-15 | 2024-05-14 | 杭州永川科技有限公司 | 线圈复用电路及磁感应断层成像方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116269302B (zh) | 2023-08-11 |
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