CN205103207U - 一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置，在声耦合剂载体内设置有待检测的介质样本，声耦合剂载体的外侧对应介质样本设置有磁铁，还设置有编码激励模块和脉冲压缩检测模块，编码激励模块的输出端连接在介质样本上，脉冲压缩检测模块的信号输入端设置在声耦合剂内，编码激励模块还输出一个上升沿信号连接脉冲压缩检测模块，脉冲压缩检测模块的输出端构成装置的输出端。本实用新型利用脉冲编码的激励方法和脉冲压缩的检测方法，从而实现磁声耦合成像对肿瘤等病变组织的精确成像打下基础，为医学临床相关疾病尤其是肿瘤等恶性疾病的早期诊断以及精确分期提供重要的诊断依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种磁声成像信号处理方法。特别是涉及一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置。
背景技术
磁声成像技术是新型的生物组织电特性成像技术，它将组织电参数转化成声信号进行检测成像，避免了电阻抗成像电流的弥散效应，有利于提高成像空间分辨率精度，对肿瘤等疾病的预防和早期诊断具有重要的研究价值。
磁声耦合成像的基本原理是，对置于静磁场中的待成像介质样本，通过电极或磁感应线圈施加激励电流，样本中的电流受洛仑兹力作用产生与激励的同频率振动，发出声波，通过对该声波响应的检测和空间不同位置的扫描结合图象重建算法，即可得到组织电特性分布图像，为医学诊断提供依据。
因此，在已知稳恒磁场和激励电压的情况下，对于一个电导率参数分布确定的介质仿体，声压大小与电导率有关。利用换能器在介质仿体外部检测到的超声脉冲信号随时间的变化曲线，反映了沿此传播方向上介质内部电导率的信息。
但是由前期的相关研究可知，在实际应用中，磁声信号检测的最主要的限制在于目前常用的信号处理方式，采用脉冲激励与检测，信号携带的能量低，导致信噪比低，局限了检测精度和成像对比度。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够提高磁声成像的信噪比的基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置。
本实用新型所采用的技术方案是：一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置，包括有装有声耦合剂的声耦合剂载体，所述的声耦合剂载体内设置有待检测的介质样本，所述的声耦合剂载体的外侧对应所述的介质样本设置有用于产生磁场的磁铁，还设置有用于实现磁声成像介质样本的编码激励并产生磁声响应信号的编码激励模块，以及用于实现磁声响应信号的检测与脉冲信号的压缩，从而获得样本声源位置的脉冲压缩检测模块，其中，所述的编码激励模块的输出端连接在所述介质样本上，所述脉冲压缩检测模块的信号输入端设置在所述的声耦合剂载体内，所述的编码激励模块还输出一个上升沿信号连接所述的脉冲压缩检测模块，所述脉冲压缩检测模块的输出端构成装置的输出端。
所述的编码激励模块包括有：用于产生编码激励序列和上升沿信号的编码发生器，连接在所述编码发生器输出编码激励序列的输出端用于进行编码激励序列的功率放大的功率放大器，所述功率放大器的输出端通过两个电极连接位于声耦合剂内的介质样本，其中所述的上升沿信号连接至脉冲压缩检测模块上。
所述的编码激励模块包括有：用于产生编码激励序列和上升沿信号的编码发生器，连接在所述编码发生器输出编码激励序列的输出端用于进行编码激励序列的功率放大的功率放大器，所述功率放大器的输出端通过线圈连接位于声耦合剂内的介质样本，其中所述的上升沿信号连接至脉冲压缩检测模块上。
所述的脉冲压缩检测模块包括有：与所述的介质样本相对应的设置在所述声耦合剂内用于实现声信号拾取的换能器，连接在所述换能器的输出端，用于实现对换能器输出的信号前置放大的前置放大器，连接在所述前置放大器的输出端，用于实现将放大后的编码信号进行脉冲压缩，得到声源分布信号的脉冲压缩器，所述脉冲压缩器的输出构成装置的输出端。
本实用新型的一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置，利用脉冲编码的激励方法和脉冲压缩的检测方法，对于提高磁声成像的信噪比具有重要意义。从而实现磁声耦合成像对肿瘤等病变组织的精确成像打下基础，为医学临床相关疾病尤其是肿瘤等恶性疾病的早期诊断以及精确分期提供重要的诊断依据。
附图说明
图1是本实用新型采用电极加载激励的基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置；
图2是本实用新型采用磁感应线圈加载激励的基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置；
图3是采用13位Barker码的编码激励信号图；
图4是采用13位Barker码匹配滤波的脉冲压缩系统函数图；
图5是使用匹配滤波方法进行脉冲压缩后的最终信号。
图中：
1：编码激励模块2：脉冲压缩检测模块
3：声耦合剂载体4：磁铁
5：介质样本11：编码发生器
12：功率放大器13、14：电极
15：线圈21；换能器
22：前置放大器23：脉冲压缩器
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型的一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置做出详细说明。
如图1、图2所示，本实用新型的一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置，包括有装有声耦合剂的声耦合剂载体3，所述的声耦合剂载体3内设置有待检测的介质样本5，所述的声耦合剂载体3的外侧对应所述的介质样本5设置有用于产生磁场的磁铁4，还设置有用于实现磁声成像介质样本5的编码激励并产生磁声响应信号的编码激励模块1，以及用于实现磁声响应信号的检测与脉冲信号的压缩，从而获得样本声源位置的脉冲压缩检测模块2，其中，所述的编码激励模块1的输出端连接在所述介质样本5上，所述脉冲压缩检测模块2的信号输入端设置在所述的声耦合剂载体3内，所述的编码激励模块1还输出一个上升沿信号连接所述的脉冲压缩检测模块2，所述脉冲压缩检测模块2的输出端构成装置的输出端。
如图1所示，所述的编码激励模块1包括有：用于产生编码激励序列和上升沿信号的编码发生器11，连接在所述编码发生器11输出编码激励序列的输出端用于进行编码激励序列的功率放大，提高带负载能力以便于加载在待成像的介质样本上的功率放大器12，所述功率放大器12的输出端通过两个电极13、14连接位于声耦合剂内的介质样本5，其中所述的上升沿信号连接至脉冲压缩检测模块2上。
如图2所示，所述的编码激励模块1包括有：用于产生编码激励序列和上升沿信号的编码发生器11，连接在所述编码发生器11输出编码激励序列的输出端用于进行编码激励序列的功率放大，提高带负载能力以便于加载在待成像的介质样本上的功率放大器12，所述功率放大器12的输出端通过线圈15连接位于声耦合剂内的介质样本5，其中所述的上升沿信号连接至脉冲压缩检测模块2上。
本实用新型的实施例中，所述的编码发生器可采用时钟信号合成器CK1620产生(日本NF公司)，或采用函数发生器AFG3252(美国，泰克公司)实现。功率放大器可采用HSA4104(日本NF公司)实现或采用AG1014(美国T&C公司)实现。
所述的脉冲压缩检测模块2包括有：与所述的介质样本5相对应的设置在所述声耦合剂内用于实现声信号拾取的换能器21，连接在所述换能器21的输出端，用于实现对换能器输出的信号前置放大的前置放大器22，连接在所述前置放大器22的输出端，用于实现将放大后的编码信号进行脉冲压缩，得到声源分布信号的脉冲压缩器23，所述脉冲压缩器23的输出构成装置的输出端。
本实用新型的实施例中，换能器可采用1MHz中心频率的V303(美国泛美公司)或V301(美国泛美公司)实现，前置放大器可采用日本NF公司的5307放大器(日本NF公司)，或采用5660c(美国泛美公司)实现。所述脉冲压缩器由采集卡和LabVIEW虚拟仪器平台实现。
本实用新型的一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置的处理方法，是通过编码发生器产生编码激励序列送入功率放大器，同时，所述的编码发生器给用于对信号进行脉冲压缩的脉冲压缩器一个上升沿信号，经过功率放大器将编码激励序列的功率增强后，被加载在置于具有磁场的声耦合剂中的样本上产生磁声响应信号，产生的磁声响应信号通过声耦合剂的传播，被换能器接收，换能器输出的信号通过前置放大器放大，放大后的信号经所述的脉冲压缩器进行脉冲压缩后，获得样本的声源分布并输出。
所述编码发生器采用的激励编码是使用Chirp序列，或Barker码序列，或Golay序列的编码方式实现。所述的脉冲压缩器所采用的脉冲压缩方式是采用匹配滤波器、逆滤波器、维纳滤波器和尖峰滤波器中的一种来实现。
设：由编码发生器产生编码激励序列为s0(t)，经过功率放大器的功率增强后，激励信号s(t)被加载在置于磁场中的样本上所产生反映样本声源分布的磁声响应信号为p(r,t)，经声耦合剂传播由换能器接收，设换能器系统函数为h(t)，并由前置放大器放大，信号经脉冲压缩器进行脉冲压缩后，设脉冲压缩器的系统函数为s'(t)，经过脉冲压缩器压缩后输出信号为r(t)，则有
r(t)＝s(t)*p(r,t)*h(t)*'(t)
令脉冲压缩函数s'(t)与编码函数s(t)卷积满足
s(t)*s'(t)＝δ(t)
则输出信号
r(t)＝p(r,t)*h(t)
从而获得反映样本声源分布的磁声响应信号p(r,t)。
如对于1MHz中心频率换能器，采用13位Barker码方式进行编码激励，编码序列S0(t)＝ss(t)*[+1，+1，+1，+1，+1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，-1，+1]。其中
则产生的激励信号如图3所示S(t)，脉冲压缩器若采用匹配滤波方式进行脉冲压缩，则脉冲压缩器的系统函数s'(t)为square(t)*[+1，-1，+1，-1，+1，+1，-1，-1，+1，+1，+1，+1，+1]，如图4所示，
其中
最终的脉冲压缩后的输出信号如图5所示。
本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型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，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置，包括有装有声耦合剂的声耦合剂载体（3），所述的声耦合剂载体（3）内设置有待检测的介质样本（5），所述的声耦合剂载体（3）的外侧对应所述的介质样本（5）设置有用于产生磁场的磁铁（4），其特征在于，还设置有用于实现磁声成像介质样本（5）的编码激励并产生磁声响应信号的编码激励模块（1），以及用于实现磁声响应信号的检测与脉冲信号的压缩，从而获得样本声源位置的脉冲压缩检测模块（2），其中，所述的编码激励模块（1）的输出端连接在所述介质样本（5）上，所述脉冲压缩检测模块（2）的信号输入端设置在所述的声耦合剂载体（3）内，所述的编码激励模块（1）还输出一个上升沿信号连接所述的脉冲压缩检测模块（2），所述脉冲压缩检测模块（2）的输出端构成装置的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置，其特征在于，所述的编码激励模块（1）包括有：用于产生编码激励序列和上升沿信号的编码发生器（11），连接在所述编码发生器（11）输出编码激励序列的输出端用于进行编码激励序列的功率放大的功率放大器（12），所述功率放大器（12）的输出端通过两个电极（13、14）连接位于声耦合剂内的介质样本（5），其中所述的上升沿信号连接至脉冲压缩检测模块（2）上。
3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置，其特征在于，所述的编码激励模块（1）包括有：用于产生编码激励序列和上升沿信号的编码发生器（11），连接在所述编码发生器（11）输出编码激励序列的输出端用于进行编码激励序列的功率放大的功率放大器（12），所述功率放大器（12）的输出端通过线圈（15）连接位于声耦合剂内的介质样本（5），其中所述的上升沿信号连接至脉冲压缩检测模块（2）上。
4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置，其特征在于，所述的脉冲压缩检测模块（2）包括有：与所述的介质样本（5）相对应的设置在声耦合剂内用于实现声信号拾取的换能器（21），连接在所述换能器（21）的输出端，用于实现对换能器输出的信号前置放大的前置放大器（22），连接在所述前置放大器（22）的输出端，用于实现将放大后的编码信号进行脉冲压缩，得到声源分布信号的脉冲压缩器（23），所述脉冲压缩器（23）的输出构成装置的输出端。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN105092693A (zh) * | 2015-08-19 | 2015-11-25 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 一种基于脉冲编码的磁声成像信号处理装置及处理方法 |
| CN106442703A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-22 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 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 |
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2015
- 2015-08-19 CN CN201520629494.XU patent/CN205103207U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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| CN106442703A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-22 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 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 |
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