CN117169597A - 一种采用磁声电信号定量化反演电导率的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种采用磁声电信号定量化反演电导率的方法及装置，属于磁声电成像技术领域；解决了传统磁声电成像无法直接定量化测量成像体电导率的问题；包括如下步骤：获取处于超声声场的目标成像体的磁声电信号和超声激励信号；根据磁声电信号和超声激励信号，采用正交匹配追踪算法进行反卷积计算，得到目标成像体的电导率梯度；根据已知的目标成像体的外层电导率，对电导率梯度进行积分，得到目标成像体的电导率；本发明应用于成像体电导率的定量化反演。
Description
技术领域
本发明提供了一种采用磁声电信号定量化反演电导率的方法及装置，属于磁声电成像技术领域。
背景技术
磁声电成像（Magneto-Acoustic-Electrical Tomography，MAET）是一种电特性成像技术，原理为使用超声换能器向成像目标体发射脉冲声波，形成声场，在成像目标体内由超声声场激励产生局部的机械振动，使粒子振动，粒子的振动速度为v，在静磁场B 0 的作用下，带电粒子受到洛伦兹力，产生动生电源电场E S =v×B 0 ，引起正负带电粒子的分离，从而在成像目标体内产生随超声传播而变化的电流，这时用一对贴在成像目标体表面的电极或者用布置在周围的线圈进行感应，可以检测到磁声电信号。
根据上述原理，磁声电成像在电导率发生突变的界面才会有强烈的磁声电信号，磁声电信号反应成像目标体的电导率梯度，但由电极检测的磁声电信号为电信号，不能直接定量化反映成像体的电导率情况。
发明内容
本发明为了解决传统磁声电成像无法直接定量化测量成像体电导率的问题，提出了一种采用磁声电信号定量化反演电导率的方法及装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种采用磁声电信号定量化反演电导率的方法，包括如下步骤：
步骤101：获取处于超声声场的目标成像体的磁声电信号和超声激励信号；
步骤102：根据磁声电信号和超声激励信号，采用正交匹配追踪算法进行反卷积计算，得到目标成像体的电导率梯度；
步骤103：根据已知的目标成像体的外层电导率，对电导率梯度进行积分，得到目标成像体的电导率。
在步骤101之前，先采用超声换能器向目标成像体发射脉冲声波，使目标成像体处于超声声场中。
所述步骤101中获取处于超声声场的目标成像体的磁声电信号和超声激励信号具体通过以下途径获取：
采用磁声信号检测装置检测处于超声声场的目标成像体的磁声电信号；所述磁声信号检测装置为一对贴在成像目标体表面的电极或者布设在成像目标体周围的感应线圈；
采用针式水听器检测处于超声声场的目标成像体的超声激励信号。
所述步骤102中得到的目标成像体的电导率梯度为不同距离下的电导率梯度。
所述不同距离下的电导率梯度的具体计算步骤如下：
建立磁声电信号和超声激励信号之间的卷积模型，所述卷积模型的表达式如下：
；
上式中：V(t)为磁声电信号，β为电采集系数，B 0 为与超声激励方向垂直的静磁场磁感应强度的幅值，R E 为目标成像体的等效电阻，为目标成像体的密度，/>为声场激励方向的电导率，z为目标成像体沿超声传播方向距离，/>为电导率梯度，R(t)为超声激励信号，/>为卷积运算符；/>表示求偏导；
采用正交匹配追踪算法对磁声电信号和超声激励信号进行反卷积运算，得到电导率梯度。
一种采用磁声电信号定量化反演电导率的装置，包括磁声信号检测装置、针式水听器和处理器，所述磁声信号检测装置、针式水听器分别通过导线与处理器相连，所述磁声信号检测装置用于检测处于超声声场的目标成像体的磁声电信号，所述针式水听器用于检测处于超声声场的目标成像体的超声激励信号；
所述处理器内集成有采用磁声电信号定量化反演电导率的方法的计算机程序，用于获取目标成像体的磁声电信号和超声激励信号，并采用正交匹配追踪算法进行反卷积计算，得到目标成像体的电导率梯度，再根据目标成像体已知的外层电导率，对目标成像体的电导率梯度进行积分，得到目标成像体的电导率。
还包括超声换能器，所述超声换能器用于向目标成像体发射脉冲声波，使目标成像体处于超声声场中。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的采用磁声电信号定量化反演电导率的方法及装置通过检测目标成像体的磁声电信号和超声激励信号，基于正交匹配追踪算法实现对目标成像体电导率的定量化反演，并且正交匹配追踪算法对含有噪声的信号有更好的反卷积效果，能够减小噪声影响；正交匹配追踪算法运算时占用的内存小，能够快速完成电导率的定量化反演过程；正交匹配追踪算法反卷积得到的定量化电导率准确，对多层不同电导率模型也能准确得到定量化的电导率。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的磁声电信号的仿真结果示意图；
图3为本发明实施例提供的超声激励信号的仿真结果示意图；
图4为本发明实施例提供的电导率梯度的示意图；
图5为本发明实施例提供的定量化电导率的示意图。
具体实施方式
实施例一
参见图1，本实施例提供的采用磁声电信号定量化反演电导率的方法，包括：
步骤101：获取处于超声声场的目标成像体的磁声电信号和超声激励信号。
该步骤101，具体包括：
采用超声换能器向目标成像体发射脉冲声波，使目标成像体处于超声声场中。
采用磁声信号检测装置检测处于超声声场的目标成像体的磁声电信号；磁声信号检测装置为一对贴在成像目标体表面的电极或者布设在成像目标体周围的感应线圈。本实施例以一对贴在成像目标体表面的电极为例进行说明，对电极检测到的磁声电信号进行仿真得到如图2所示的仿真信号，图2中A、B、C、D、E和F表示六个磁声电信号对应的电导率变化的界面。
采用针式水听器检测处于超声声场的目标成像体的超声激励信号，对超声激励信号进行仿真得到如图3所示的仿真信号。
步骤102：根据磁声电信号和超声激励信号，采用正交匹配追踪算法进行反卷积计算，得到目标成像体的电导率梯度。
该步骤102，具体包括：
构建磁声电信号和超声激励信号之间的卷积模型；卷积模型的表达式如下：
；
其中：V(t)为磁声电信号，β为电采集系数，B 0 为与超声激励方向垂直的静磁场磁感应强度的幅值，R E 为目标成像体的等效电阻，为目标成像体的密度，/>为声场激励方向的电导率，z为目标成像体沿超声传播方向距离，/>为电导率梯度，R(t)为超声激励信号，/>为卷积运算符；/>表示求偏导；
采用正交匹配追踪算法对磁声电信号和超声激励信号进行反卷积运算，得到电导率梯度。
将图2中的磁声电信号和图3中的超声激励信号使用正交匹配追踪算法进行反卷积计算，得到图4所示的电导率梯度。
步骤103：根据已知的目标成像体的外层电导率，对电导率梯度进行积分，得到目标成像体的电导率。
该步骤103，具体包括：
根据已知的目标成像体的外层电导率，对电导率梯度沿距离z进行积分，得到如图5所示的目标成像体的电导率。
本实施例的采用磁声电信号定量化反演电导率的方法，通过磁声电信号和超声激励信号，使用正交匹配追踪算法反演电导率梯度，在已知目标成像体外层电导率信息的条件下，对电导率梯度进行积分定量化目标成像体的电导率，该方法相比现有技术具有如下优点：
现有的仅采用磁声电信号为电信号，不能直接定量化反应成像体的电导率情况，需要通过较为复杂算法将采集到的磁声电信号反演为具体的电导率，例如维纳滤波反卷积算法，而本实施例结合磁声电信号和超声激励信号，使用正交匹配追踪算法反演，正交匹配追踪算法相比于传统的维纳滤波反卷积算法，对含有噪声的信号有更好的反卷积效果，能够减小噪声影响。
本发明还提供了一种采用磁声电信号定量化反演电导率的装置，包括：磁声信号检测装置、针式水听器和处理器。
磁声信号检测装置和针式水听器均与处理器连接。
磁声信号检测装置用于检测处于超声声场的目标成像体的磁声电信号。针式水听器用于检测处于超声声场的目标成像体的超声激励信号。
处理器用于获取磁声电信号和所述超声激励信号；根据磁声电信号和超声激励信号，采用正交匹配追踪算法进行反卷积计算，得到目标成像体的电导率梯度；根据目标成像体的外层电导率，对电导率梯度进行积分，得到目标成像体的电导率。
处理器计算目标成像体的电导率的具体过程如下：
首先建立磁声电信号和超声激励信号之间的卷积模型；所述卷积模型的表达式如下：
；
其中：V(t)为磁声电信号，β为电采集系数，B 0 为与超声激励方向垂直的静磁场磁感应强度的幅值，R E 为目标成像体的等效电阻，为目标成像体的密度，/>为声场激励方向的电导率，z为目标成像体沿超声传播方向距离，/>为电导率梯度，R(t)为超声激励信号，/>为卷积运算符；/>表示求偏导；
采用正交匹配追踪算法对磁声电信号和超声激励信号进行反卷积运算，得到电导率梯度。
在一个示例中，上述磁声电信号定量化反演电导率的装置，还包括超声换能器；超声换能器用于向目标成像体发射脉冲声波，使目标成像体处于超声声场中。
本实施例提供的采用磁声电信号定量化反演电导率的装置，采用磁声信号检测装置直接检测得到磁声电信号，使用针式水听器检测得到超声激励信号，使用正交匹配追踪算法进行反卷积计算，得到目标成像体的电导率梯度，通过已知的目标成像体的外层电导率信息，对目标成像体的电导率梯度沿距离进行积分，得到目标成像体的电导率，能实现对目标成像体电导率的定量化反演。
关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种采用磁声电信号定量化反演电导率的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤101：获取处于超声声场的目标成像体的磁声电信号和超声激励信号；
步骤102：根据磁声电信号和超声激励信号，采用正交匹配追踪算法进行反卷积计算，得到目标成像体的电导率梯度；
步骤103：根据已知的目标成像体的外层电导率，对电导率梯度进行积分，得到目标成像体的电导率。
2.根据权利要求1所述的一种采用磁声电信号定量化反演电导率的方法，其特征在于：在步骤101之前，先采用超声换能器向目标成像体发射脉冲声波，使目标成像体处于超声声场中。
3.根据权利要求1所述的一种采用磁声电信号定量化反演电导率的方法，其特征在于：所述步骤101中获取处于超声声场的目标成像体的磁声电信号和超声激励信号具体通过以下途径获取：
采用磁声信号检测装置检测处于超声声场的目标成像体的磁声电信号；所述磁声信号检测装置为一对贴在成像目标体表面的电极或者布设在成像目标体周围的感应线圈；
采用针式水听器检测处于超声声场的目标成像体的超声激励信号。
4.根据权利要求1所述的一种采用磁声电信号定量化反演电导率的方法，其特征在于：所述步骤102中得到的目标成像体的电导率梯度为不同距离下的电导率梯度。
5.根据权利要求4所述的一种采用磁声电信号定量化反演电导率的方法，其特征在于：所述不同距离下的电导率梯度的具体计算步骤如下：
建立磁声电信号和超声激励信号之间的卷积模型，所述卷积模型的表达式如下：
；
上式中：V(t)为磁声电信号，β为电采集系数，B 0 为与超声激励方向垂直的静磁场磁感应强度的幅值，R E 为目标成像体的等效电阻，为目标成像体的密度，/>为声场激励方向的电导率，z为目标成像体沿超声传播方向距离，/>为电导率梯度，R(t)为超声激励信号，/>为卷积运算符；/>表示求偏导；
采用正交匹配追踪算法对磁声电信号和超声激励信号进行反卷积运算，得到电导率梯度。
6.一种采用磁声电信号定量化反演电导率的装置，其特征在于：包括磁声信号检测装置、针式水听器和处理器，所述磁声信号检测装置、针式水听器分别通过导线与处理器相连，所述磁声信号检测装置用于检测处于超声声场的目标成像体的磁声电信号，所述针式水听器用于检测处于超声声场的目标成像体的超声激励信号；
所述处理器内集成有如权利要求1-5任一项所述的采用磁声电信号定量化反演电导率的方法的计算机程序，用于获取目标成像体的磁声电信号和超声激励信号，并采用正交匹配追踪算法进行反卷积计算，得到目标成像体的电导率梯度，再根据目标成像体已知的外层电导率，对目标成像体的电导率梯度进行积分，得到目标成像体的电导率。
7.根据权利要求6所述的一种采用磁声电信号定量化反演电导率的装置，其特征在于：还包括超声换能器，所述超声换能器用于向目标成像体发射脉冲声波，使目标成像体处于超声声场中。
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