基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像方法及成像系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110720914A(43)申请公布日2020.01.24(21)申请号201911021126.6(22)申请日2019.10.25(71)申请人深圳技术大学地址518118广东省深圳市坪山区兰田路3002号(72)发明人王露露(74)专利代理机构北京科石知识产权代理有限公司11595代理人李艳霞(51)Int.Cl.A61B5/05(2006.01)A61B5/00(2006.01)权利要求书4页说明书12页附图5页(54)发明名称基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像方法及成像系统(57)摘要本申请提供了一种基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像方法及成像系统，其包括：设置一基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像系统；成像系统中的主控模块通过切换模块控制收发器阵列模块切换发射和接收状态，并控制磁场信号发生模块产生单频射频信号，单频射频信号以正弦交变电流的形式通过切换模块传输至收发器阵列模块上，在目标区域周围产生涡流，涡流产生散射磁场；主控模块控制至少三个线圈以随机的扫描模式进行稀疏采样，同时测量来自胸腔的散射磁场信号，并将散射磁场信号传输至图像处理模块；图像处理模块对的散射磁场信号依次进行两两比较，并结合压缩感知方法对比较所得的可见散射磁场函数进行处理，得到重构的胸腔图像，并进行显示。CN110720914ACN110720914A权利要求书1/4页1.一种基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像方法，其特征在于，包括以下步骤：设置一基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像系统，其包括主控模块、磁场信号发生模块、切换模块、收发器阵列模块、图像处理模块和显示模块；所述收发器阵列模块采用收发一体的线圈；主控模块通过切换模块控制收发器阵列模块切换至发射状态，并控制磁场信号发生模块产生单频射频信号，产生的单频射频信号以正弦交变电流的形式通过切换模块传输至收发器阵列模块上，收发器阵列模块上的正弦交变电流在目标区域产生激励磁场，激励磁场在目标区域周围产生涡流，涡流产生散射磁场；主控模块通过切换模块控制收发器阵列模块切换至接收状态，并控制至少三个线圈以随机的扫描模式进行稀疏采样，同时测量来自胸腔的散射磁场信号，并将测量到的散射磁场信号传输至图像处理模块；图像处理模块对接收到的不同线圈测量的散射磁场信号依次进行两两比较，并结合压缩感知方法对比较所得的可见散射磁场函数进行处理，得到重构的胸腔图像；将重构的胸腔图像传输至图像显示模块进行显示。2.根据权利要求1所述的基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像方法，其特征在于，所述涡流通过计算磁势矢量获取，式中，μ为磁导率，ω为角频率，ω＝2πf，f为信号的发射频率，σ为电导率，Js为激励线圈的电流密度；表示哈密尔顿算子，M表示磁场强度。3.根据权利要求1所述的基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像方法，其特征在于，所述图像处理模块对接收到的不同线圈测量的散射磁场信号依次进行两两比较，并结合压缩感知方法对比较所得的可见散射磁场函数进行处理，得到重构的胸腔图像的具体过程为：对胸腔进行建模，其包括建立胸腔的电磁模型以及胸腔的电磁属性和散射磁场之间的非线性观测模型，其中，非线性观测模型包括内部磁场模型和外部磁场模型；利用内部磁场模型和外部磁场模型重构目标区域中胸腔的图像。4.根据权利要求3所述的基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像方法，其特征在于，所述胸腔的电磁模型为：式中，j为复数虚部，ω＝2πf为工作角频率，f为成像系统的工作频率，μ0为自由空间的磁导率，σ为胸腔组织的电导率，ε0为自由空间的介电常数，εr为胸腔组织的介电常数，εr＝ε′r-jσ/ωε0，ε′r为胸腔组织相对介电常数的实部，为总磁场，5.根据权利要求3所述的基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像方法，其特征在于，所述内部磁场模型为：2CN110720914A权利要求书2/4页式中，为入射磁场，G为格林函数，为从场源点到散射磁场的位置矢量，为从场源点到胸腔内任意一点的位置矢量，k0为自由空间的波数，为磁电流密度，μr为胸腔组织的磁导率，为感应电流密度，为总电场，外部磁场模型为：式中，为散射磁场，为从场源点到场域内任一点的单位向量，L为从场源点到散射场内任意一点的距离，6.根据权利要求3所述的基于稀疏采样的全息磁感应胸腔成像方法，其特征在于，所述利用内部磁场模型和外部磁场模型重构目标区域中胸腔的图像的过程为：依次对至少三个收发一体的线圈中的任意两个线圈所探测到的散射磁场进行比较；依次根据两两比较得到的差异获得能够反映胸腔组织电磁属性分布的幅值和相位的信息；根据连续探测到的散射磁场分布信息，从建立的非线性观测模型中提取出相应的变化数值和曲线，并根据变化数值重建胸腔二维图像；对非均匀随机排布的至少三个线圈探测到的总可见