一种基于磁声电原理的电导率成像系统
专利汇可以提供一种基于磁声电原理的电导率成像系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于磁声电原理的电导率成像系统，其成像平台将采集到的磁声电 信号 传输到图像重建模 块 。所述的成像平台包括声场驱动激励模块、 磁场 激励模块和检测模块；声场驱动激励模块产生声场激励源；磁场激励模块为开放式磁体，放置于 生物 体附近，产生的非均匀静磁场作用于生物体，生物体在非均匀静磁场 和声 场的作用下产生动生源 电流 ，检测模块采集动生源电流，将其转化为磁声电 电压 信号。本 发明 利用 电极 检测磁声 电信号 ，通过图像重建模块得到成像体的电导率分布图像，实现 生物组织 目标区域内的电导率分布的检测。，下面是一种基于磁声电原理的电导率成像系统专利的具体信息内容。
1.一种基于磁声电原理的电导率成像系统，其特征在于，所述的成像系统包括成像平台和图像重建模块；成像平台与图像重建模块连接，将采集到的磁声电信号通过传输线传输到图像重建模块；所述的成像平台包括声场驱动激励模块、磁场激励模块和检测模块；声场驱动激励模块产生声场激励源；磁场激励模块为开放式磁体，放置于生物体附近，产生的非均匀静磁场作用于生物体，生物体在非均匀静磁场和声场的作用下产生动生源电流，检测模块采集动生源电流将其转化为磁声电电压信号；
所述的声场驱动激励模块由超声驱动激励源、超声阵列及耦合水囊组成；超声阵列的一端连接超声驱动激励，超声阵列的另一端和耦合水囊接触；超声驱动激励源激励超声阵列产生超声波；耦合水囊中充满水，耦合水囊填充于超声阵列和生物体之间的空间，使超声阵列产生的超声波能够传播到生物体中；
检测模块由电极、滤波电路、放大电路及信号采集装置组成；电极和生物体接触，检测生物体表面的电压信号；电极的一端和生物体连接，电极的另一端和滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端接放大电路的输入端，放大电路的输出端连接信号采集装置的输入端，信号采集装置的输出端和图像重建模块相连；
图像重建模块根据信号采集装置输出的生物体的磁声电电压信号重建电导率分布。
2.按照权利要求1所述的基于磁声电原理的电导率成像系统，其特征在于，所述的图像重建模块利用所述生物体的磁声电电压信号，以及已知的非均匀静磁分布信息，采用图像重建算法实现电导率分布的重建；所述的图像重建模块采用两种电导率重建算法实现电导率分布的重建，重建算法一为直接代数迭代电导率重建算法、重建算法二为等效均匀场代数迭代电导率重建算法。
3.按照权利要求2所述的基于磁声电原理的电导率成像系统，其特征在于，所述的算法一为直接代数迭代电导率重建算法，包括以下三个步骤：
(1)利用互易定理建立实际测量过程与互易过程物理量的对应关系；
所述的实际测量过程为：在超声驱动激励模块产生的超声波和磁场激励模块产生的非均匀静磁场作用下，质点的振速为v，非均匀静磁场为B0(r)，所述的磁场由磁场激励模块的开放式磁体产生，所述的非均匀静磁场B0(r)强度的分布是已知的；
所述的互易过程为：关闭声场驱动激励模块，并使磁场激励模块不工作，向检测模块中的电极通入I安培的直流电，此电流在生物体中产生的电流密度为Jr(r)；
在磁场激励模块产生的非均匀静磁场B0(r)的激励下，基于互易定理得到磁声电电压分布u(r,t)和振动速度势 互易过程电流密度Jr(r)，以及磁场激励模块产生的非均匀静磁场B0(r)之间的关系式为：
式(1)中，t表示超声波的传播时间，Ω表示生物体所在的区域，r表示场点，即生物体所在区域Ω中的点， 表示振动速度势，ρ0为生物体的密度，Jr(r)为互易过程中生物体的电流密度，B0(r)为磁场激励模块产生的非均匀静磁场分布， 为散度算符；
(2)根据实际测量过程中测得的磁声电电压u(r,t)，依据公式(1)重建互易过程电流密度Jr(r)和静磁场B0(r)之间的关系
振动速度势 满足的格林函数为 将其带入公式(1)，根据格林函
数的对称性，可知磁声电电压u(r,t)满足：
式(2)中，r'为源点，表示超声阵列所在区域的点；
利用公式(2)得到互易过程的电流密度Jr(r)和开放式磁体产生的非均匀静磁场B0(r)之间的关系式，同时，由于ρ0为常数，因此得到：
式(3)中，c0表示声场驱动激励模块产生超声波的速度，trd＝2T0-t+|r-r'|/c0表示反转场的时间，t表示超声波的传播时间，T0表示反转u(r,t)的时刻，r'表示超声阵列所在区域的点，r表示生物体所在区域Ω中的点，S表示生物体所在区域Ω的表面，n是生物体所在区域Ω外边界处的单位法向矢量，u'(r',trd)表示u(r',trd)的一阶导数，u”(r',trd)表示u(r',trd)二阶导数；
利用式(3)实现变量 的重建；
(3)根据变量H(r)重建电导率分布；
利用公式(3)实现变量 的分布重建之后，在生物体组织每一个断
层面z0上变量H(r)为 表示为 即：
其中各个变量括号中(x,y,z0)表示相对应的变量在生物体内部每一个断层面z0上坐标；
Jr(x,y,z0)为z0断层面上互易过程的电流密度，利用欧姆定律，该电流密度Jr(x,y,z0)表示为互易过程电位的梯度和电导率之间的乘积，即：
因此f(x,y,z0)表示为
其中ur(x,y,z0)是互易过程的电位在z0断层面的分布，σ(x,y,z0)表示生物体的电导率在z0断层面的分布；
互易过程的电位在z0断层面的分布满足如下关系式：
其中，I为互易过程中注入I安培的直流电，rA和rB表示检测模块中电极对的位置，Γ表示目标体所在区域Ω的表面，n表示表面Γ的外法线方向的单位矢量；
每一个断层面z0上的 的值表示为f(x,y,z0)，由f(x,y,z0)重建
电导率σ的方法步骤如下：
1)将生物体划分为一系列的子块，认为这些子块内部的电导率均匀，给出生物体的电导率分布矩阵[σ]的初值，通常选择电导率的初值为0.1S/m，给定误差精度ε；
2)根据公式(5)计算得到互易过程的电标位ur(x,y,z0)；
3)利用公式(4)重建z＝z0的断层面的电导率分布；
4)利用步骤3)得到的各个断层的电导率分布，通过线性差值得到各个子块的电导率分布，如此得到第k次迭代的生物体整个三维区域的电导率分布σk；
k k+1
5)计算第k次迭代得到的生物体电导率分布σ和第k+1次生物体电导率分布σ 之间的相对误差，比对该相对误差是否满足给定的误差精度ε，如果满足给定的误差精度ε，停止迭代；否则把第k次得到的生物体的电导率分布σk作为初始电导率分布，转到步骤2)，以上过程依次迭代下去，直到相邻两次计算得到的生物体电导率分布的相对误差满足精度要求；
利用公式(1)和(2)能够实现 的重建，再利用以上步骤1)～步骤5)实现生物体电导率图像的重建。
4.按照权利要求2所述的基于磁声电原理的电导率成像系统，其特征在于，所述的算法二等效均匀场代数迭代电导率重建算法基于磁声电电压信号和非均匀静磁场B0(r)之间的关系，以非均匀静磁场B0(r)作为磁场激励源的磁声电电压信号等效为均匀静磁场激励的磁声电电压信号的原理如下公式(6)-(14)所示：
给定三维模型，在非均匀静磁场B0(r)的激励下，生物体中等效电流源对应的电流I(t)和声场驱动激励模块产生的超声波在生物体中的振速v之间的关系为：
I(t)＝∫sσv×B0(r)·dS (6)
其中S表示等效电流源流过的面的面元；
根据声学原理，超声动冲量M和振速v需满足：
其中ρ0为生物体的密度， 为梯度算符；
将式(7)代入式(6)，可得：
其中n表示等效电流源流过的面的面元的法向方向的单位矢量；
进一步利用斯托克斯公式和矢量恒等式，式(8)化简为：
其中，l表示面元的外边缘的线，且l的正向与S的外法线方向符合右手定理，S的法向方向为n；
考虑实际应用时，超声阵列发出的能量的频率范围包含极少的直流频率，表示超声阵列产生的波包的净动量为零，因此式(9)等号右边的第一项为零；
同时在实际检测中，电极只能检测到生物体的一部分电流，因此信号采集装置采集到的电流只是电流I(t)的一部分，定义采集电压和电流之间的比例为α，检测到的磁声电电压U(t)表示为：
式(11)即检测到的磁声电电压U(t)、非均匀静磁场B0(r)、电导率σ以及密度ρ0之间的关系式；
实际应用时， 为一个很小的量，因此式(11)等号右边第二项
为一个小量，忽视此小量，故式(11)简化为：
公式(12)中，当等效电流源流过的面的面元的法向方向的单位矢量n的方向与的方向相同时，式(12)表示为：
其中 取此变量的ex方向分量，则公式(13)表示为：
其中，Boy和Boz分别为B0(r)沿y方向和z方向的磁场分布，θ表示 和B0(r)之间的夹角；
式(14)为非均匀静磁场激励下，磁声电电压信号等效为均匀静磁场激励下的磁声电电压信号的理论关系式，非均匀静磁场激励下，在电导率发生变化的位置磁声电信号会被放大或者缩小 倍；
所述算法二等效均匀场代数迭代电导率重建算法步骤为：
首先利用式(14)将非均匀静磁场激励下采集的磁声电电压信号uin(r,t)调整为等效的均匀场激励下采集的磁声电电压信号uho(r,t)；
然后将公式(1)-(5)中所有的非均匀静磁场B0(r)替换为均匀静磁场B0；
最后利用算法一直接代数迭代电导率重建算法的步骤1)-5)，实现电导率的重建。
一种基于磁声电原理的电导率成像系统
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具体实施方式
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