專利名稱：一種非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電阻抗成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置及方法。
背景技術(shù)：
電阻抗是物質(zhì)被動電特性的度量。傳統(tǒng)的電阻抗測量方法是通過與被測對象相接觸的一對電極分別施加激勵信號和測量響應信號，從而計算出電阻抗。利用此基本原理，通過多個位置的激勵測量數(shù)據(jù)從而形成電阻抗的分布圖像，其典型代表是電阻抗斷層成像和電阻抗平面投影成像。電阻抗斷層成像通過一組貼附 在被測對象(如人體)某一斷層表面的電極注入電流/電壓然后測量響應電壓/電流，應用成像算法重建電極所在斷層內(nèi)部的電阻抗分布圖像。電阻抗平面投影成像則采用分布在同一平面內(nèi)呈矩陣形式排列的電極陣列為測量電極，通過電極陣列的位置反映對應的被測對象內(nèi)的電阻抗分布信息。上述方法都是接觸式的電阻抗成像方法。根據(jù)電磁感應原理，處于交變磁場中的容積導體內(nèi)部會感應出同頻率的交變渦流，而渦流的性質(zhì)與容積導體的電阻抗分布直接相關(guān)。因此，可通過與被測對象非接觸的線圈施加激勵交變磁場，通過另一個線圈測量感應交變渦流的信號，經(jīng)計算可得出被測對象的電阻抗。根據(jù)上述原理，通過在被測對象外部的不同位置分別進行激勵和測量，從而形成磁感應原理的電阻抗成像，其典型代表是磁感應斷層成像。磁感應斷層成像可認為是一種非接觸式的電阻抗斷層成像方法，引起采用了非接觸的傳感器，即線圈，因而在應用上更為便捷。類似于電極接觸式的電阻抗平面投影成像方法，根據(jù)電磁感應原理，也可以構(gòu)建非接觸式的電阻抗平面投影成像，稱之為磁感應平面投影成像。磁感應平面投影成像采用分布在同一平面內(nèi)呈矩陣形式排列的線圈陣列為測量線圈，通過線圈陣列的位置反映對應的被測對象內(nèi)的電阻抗分布信息。這種方法能較好地反映被測對象內(nèi)不同位置電阻抗分布的差異情況。申請?zhí)枮?00510042937. 6、發(fā)明名稱為“非接觸磁感應腦部電導率分布變化的監(jiān)測方法”的中國專利，公開了一種磁感應映射成像方法。但是，其激勵線圈采用與測量線圈相同的線圈陣列方式，結(jié)構(gòu)較為復雜，多個激勵線圈相互之間的干擾也可能影響測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題在于提供一種非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置及方法，將激勵線圈與測量線圈分開設(shè)置，能夠便于獲得更好的平面投影成像。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置，包括激勵線圈通入正弦交變電流后，在被測對象周圍產(chǎn)生正弦交變激勵磁場；控制單元、正弦激勵源模塊、激勵線圈依次相連接，控制正弦交變激勵磁場的產(chǎn)生；呈矩陣排列的測量線圈陣列檢測被測對象內(nèi)部因電磁感應而產(chǎn)生同頻交變渦流引起的磁場信號，控制單元、AD轉(zhuǎn)換模塊、感應信號檢測模塊、多路開關(guān)/測量線圈陣列依次相連接，控制單元接受被多路開關(guān)所選通的測量線圈陣列中的測量線圈所檢測并被轉(zhuǎn)換得到的信號，遍歷選通測量線圈陣列中的每一個測量線圈后，根據(jù)測量線圈所檢測到的信號與其位置形成電阻抗平面投影圖像；顯示器顯示控制單元所生成的電阻抗平面投影圖像。所述的控制單元發(fā)出控制指令，使正弦激勵源模塊產(chǎn)生預定頻率、強度的正弦交變信號；正弦激勵源模塊將所產(chǎn)生的正弦交變信號施加到激勵線圈，使其產(chǎn)生同頻的正弦交變激勵磁場。所述位于正弦交變激勵磁場中的被測對象，產(chǎn)生與其電阻抗分布相關(guān)的正弦交變潤流；多路開關(guān)選通測量線圈陣列中的某一個測量線圈，通過感應信號檢測模塊測量該測量線圈對應的被測對象內(nèi)部的正弦交變渦流信號；感應信號檢測模塊將所測量到的正弦交變渦流信號發(fā)送給AD轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)為數(shù)字測量信號后發(fā)送給控制單元。所述通過多路開關(guān)遍歷選通測量線圈陣列中的每一個測量線圈，進行感應信號檢測，并經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后送入控制單元后；控制單元根據(jù)全部的感應測量信號以及測量線圈陣列的位置關(guān)系，應用投影成像算法，計算生成被測對象對應于測量線圈陣列的電阻抗平面投影圖像。所述的激勵線圈為單個螺線管線圈，單個螺線管線圈與測量線圈陣列分置于被測對象周圍；或者，所述的激勵線圈為亥姆霍茲線圈，被測對象置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部或者中間，測量線圈陣列置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部。所述的測量線圈陣列中的測量線圈均相同，并以nXm矩陣形式排列，其中η和m為自然數(shù)，且η蘭2，m蘭2。所述激勵線圈和測量線圈陣列在被測對象周圍相互平行，或者相互垂直，或者關(guān)于被測對象呈一定的角度。一種非接觸磁感應電阻抗平面投影成像方法，包括以下步驟對激勵線圈施加正弦交變電流后產(chǎn)生作用于被測對象的正弦交變激勵磁場，通過設(shè)置在被測對象周圍的呈矩陣形式排列的測量線圈陣列，檢測被測對象因電磁感應而感應出的正弦交變渦流信號；測量線圈陣列中的每個測量線圈分別測量被測對象感應出的正弦交變渦流信號并計算相應的電阻抗，根據(jù)測量線圈陣列中全部測量線圈的檢測結(jié)果按照測量線圈位置形成電阻抗平面投影圖像。所述通過Z=W(ω/ω0計算測量線圈所檢測的正弦交變渦流信號相應的電阻抗；其中ζ為電阻抗，w為權(quán)重系數(shù)，φ為感應測量信號的相位，ω為激勵正弦信號的角頻率)。
所述根據(jù)測量線圈陣列中全部測量線圈的檢測結(jié)果按照測量線圈位置，通過插值的方法形成電阻抗平面投影圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果本發(fā)明提供的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置及方法，將激勵線圈和測量線圈陣列分置在被測對象的周圍，激勵線圈與測量線圈陣列分布于被測對象外周，其相對位置可任意放置。本發(fā)明通過選通測量線圈陣列中的測量線圈所檢測并被轉(zhuǎn)換得到的信號，遍歷選通測量線圈陣列中的每一個測量線圈后，根據(jù)測量線圈所檢測到的信號與其位置形成電阻抗平面投影圖像。其中，激勵線圈或者為單一螺線管線圈(產(chǎn)生發(fā)散狀的磁場)或者為亥姆霍茲線圈(產(chǎn)生近似勻強的磁場)，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。而且，亥姆霍茲線圈內(nèi)部的近似均強磁場便于獲得更好的平面投影成像。本發(fā)明提供的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置及方法，利用線圈陣列方式獲得被測對象對應線圈位置的電阻抗平面投影圖像，可反映被測對象內(nèi)部電阻抗分布的非 均勻性，實現(xiàn)一種類似于X線平片的非接觸電阻抗平面投影成像。測量線圈陣列中的單個測量線圈可為任意結(jié)構(gòu)的線圈。激勵線圈和測量線圈陣列的位置關(guān)系可以是不變，也可以通過簡單增加一個改變兩者位置的裝置，就可以分別獲得不同角度的磁感應電阻抗平面投影成像，從而可以獲得更為豐富的被測對象內(nèi)部電阻抗分布的信息。


圖1為螺線管激勵線圈和測量線圈陣列平行布置方式示意圖，被測對象置于兩者的中間。圖2為螺線管激勵線圈和測量線圈陣列垂直布置方式示意圖，被測對象被兩者包圍。圖3為亥姆霍茲激勵線圈和測量線圈陣列平行布置方式示意圖，被測對象體積較小，置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部，測量線圈陣列置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部。圖4為亥姆霍茲激勵線圈和測量線圈陣列平行布置方式示意圖，被測對象體積較大，部分置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部，測量線圈陣列置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部。圖5為亥姆霍茲激勵線圈和測量線圈陣列垂直布置方式示意圖，被測對象體積較大，部分置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部，測量線圈陣列置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部。圖6為圖4所示線圈布置方式的磁感應平面投影成像結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I為激勵線圈，2為被測對象，3為測量線圈陣列。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。參見圖1 圖6，本發(fā)明提供的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置，包括激勵線圈通入正弦交變電流后，在被測對象周圍產(chǎn)生正弦交變激勵磁場；控制單元、正弦激勵源模塊、激勵線圈依次相連接，控制正弦交變激勵磁場的產(chǎn)生；
呈矩陣排列的測量線圈陣列檢測被測對象內(nèi)部因電磁感應而產(chǎn)生同頻交變渦流引起的磁場信號，控制單元、AD轉(zhuǎn)換模塊、感應信號檢測模塊、多路開關(guān)/測量線圈陣列依次相連接，控制單元接受被多路開關(guān)所選通的測量線圈陣列中的測量線圈所檢測并被轉(zhuǎn)換得到的信號，遍歷選通測量線圈陣列中的每一個測量線圈后，根據(jù)測量線圈所檢測到的信號與其位置形成電阻抗平面投影圖像；顯示器顯示控制單元所生成的電阻抗平面投影圖像。本發(fā)明提供的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像方法，包括以下步驟I)對激勵線圈施加正弦交變電流后產(chǎn)生作用于被測對象的正弦交變激勵磁場，通過設(shè)置在被測對象周圍的呈矩陣形式排列的測量線圈陣列，檢測被測對象因電磁感應而感 應出的正弦交變渦流信號；2)測量線圈陣列中的每個測量線圈分別測量被測對象感應出的正弦交變渦流信號并計算相應的電阻抗，根據(jù)測量線圈陣列中全部測量線圈的檢測結(jié)果按照測量線圈位置形成電阻抗平面投影圖像。具體的，圖1和圖2分別示出了螺線管激勵線圈和測量線圈陣列的平行和垂直布置方式，類似地，可以構(gòu)建兩者呈任意夾角的布置方式。圖1和圖2的檢測模式中，以一個螺線管線圈作為激勵線圈，對其施加正弦交變信號用于產(chǎn)生正弦交變激勵磁場，一組相同參數(shù)、以矩陣形式排列成一個平面的測量線圈陣列用于檢測對象因電磁感應而感應出的交變渦流信號，兩者分置于被測對象的周圍。圖3示出了被測對象體積較小、可置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部時，亥姆霍茲激勵線圈和測量線圈陣列平行布置方式，類似地，可以構(gòu)建兩者呈任意夾角的布置方式。圖4和圖5分別示出了被測對象體積較大、部分置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部時，亥姆霍茲激勵線圈和測量線圈陣列平行和垂直布置方式，類似地，可以構(gòu)建兩者呈任意夾角的布置方式。圖4和圖5中的測量線圈陣列置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部，類似地，可構(gòu)建測量線圈置于亥姆霍茲線圈外部的布置方式。圖3、圖4、圖5，所示是以一個亥姆霍茲線圈作為激勵線圈，對其施加正弦交變信號用于產(chǎn)生內(nèi)部近似勻強的正弦交變激勵磁場，一組相同參數(shù)、以矩陣形式排列成一個平面的測量線圈陣列用于檢測對象因電磁感應而感應出的交變渦流信號，根據(jù)被測對象體積的大小，被測對象可以全部或擬測量部位部分位于亥姆霍茲線圈內(nèi)部，測量線圈陣列可置于被測對象的任意方位，可位于亥姆霍茲線圈的內(nèi)部或外部。根據(jù)述兩種激勵線圈和測量線圈陣列布置方式，并通過改變激勵線圈和測量線圈陣列的位置關(guān)系，可以延伸出很多種的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像系統(tǒng)。圖6以圖4的激勵線圈和測量線圈布置方式為例，給出了磁感應平面投影成像結(jié)構(gòu)示意圖，類似地，可以對圖1、圖2、圖3、圖5以及各自改變夾角后的布置方式分別構(gòu)建整體磁感應平面投影成像系統(tǒng)工作原理方框圖。圖1至圖6中均以圓形螺線管線圈陣列作為測量線圈陣列，在保證線圈陣列中所有線圈參數(shù)一致、呈矩陣形式排列(以nXm矩陣形式排列，其中η和m為自然數(shù)，且η 3 2，
2)的條件下，其中的單個測量線圈可以是任意結(jié)構(gòu)的線圈。
如圖6所示的磁感應平面投影成像裝置是在圖4所示的激勵線圈和測量線圈布置方式的基礎(chǔ)上進行的，其具體工作步驟如下I)控制單元發(fā)出控制指令，使正弦激勵源模塊產(chǎn)生制定頻率、強度的正弦交變信號;2)正弦激勵源模塊將所產(chǎn)生的正弦交變信號施加到激勵線圈，使其產(chǎn)生同頻的正弦交變激勵磁場；3)位于正弦交變激勵磁場中的被測對象，因其具有的導電性而感應出同頻的正弦交變渦流，此渦流與被測對象內(nèi)部的電阻抗分布直接相關(guān)；4)通過多路開關(guān)選通測量線圈陣列中的某一個測量線圈，通過感應信號檢測模塊 測量該測量線圈對應的被測對象內(nèi)部的交變渦流信號；5)將感應信號檢測模塊所測量到的交變渦流信號，通過AD轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)為數(shù)字信號;6) AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)字測量信號，送入控制單元；7 )重復4 )到6 )步，遍歷選通測量線圈陣列中的每一個測量線圈，進行感應信號檢測，并經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后送入控制單元；8)在控制單元中，通過Z=W‘(p/G〕汁算測量線圈所檢測的正弦交變渦流信號相應的電阻抗；其中ζ為電阻抗，w為權(quán)重系數(shù)，φ為感應測量信號的相位，ω為激勵正弦信號的角
頻率；根據(jù)全部的感應測量信號以及測量線圈陣列的位置關(guān)系，應用投影成像算法(分別用每個測量線圈的數(shù)據(jù)計算其對應的電阻抗，然后進行插值，形成圖像)，計算被測對象對應于測量線圈陣列的電阻抗平面投影圖像；9)控制單元將計算所得的電阻抗平面投影圖像顯示在屏幕上。采用類似的方法，可以對圖1到圖5所示的激勵線圈和測量線圈陣列布置方式，以及改變激勵線圈和測量線圈陣列位置關(guān)系而延伸出的其他布置方式，分別構(gòu)建出完整的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像系統(tǒng)。雖然本實施例中激勵線圈和測量線圈陣列的位置關(guān)系是以固定不變?yōu)槔M行描述，但是通過簡單增加一個改變位置的裝置，就可以分別獲得不同角度的磁感應電阻抗平面投影成像，從而可以獲得更為豐富的被測對象內(nèi)部電阻抗分布的信息。
權(quán)利要求
1.一種非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置，其特征在于，包括激勵線圈通入正弦交變電流后，在被測對象周圍產(chǎn)生正弦交變激勵磁場；控制單元、正弦激勵源模塊、激勵線圈依次相連接，控制正弦交變激勵磁場的產(chǎn)生；呈矩陣排列的測量線圈陣列檢測被測對象內(nèi)部因電磁感應而產(chǎn)生同頻交變渦流引起的磁場信號，控制單元、AD轉(zhuǎn)換模塊、感應信號檢測模塊、多路開關(guān)/測量線圈陣列依次相連接，控制單元接受被多路開關(guān)所選通的測量線圈陣列中的測量線圈所檢測并被轉(zhuǎn)換得到的信號， 遍歷選通測量線圈陣列中的每一個測量線圈后，根據(jù)測量線圈所檢測到的信號與其位置形成電阻抗平面投影圖像；顯示器顯示控制單元所生成的電阻抗平面投影圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置，其特征在于，控制單元發(fā)出控制指令，使正弦激勵源模塊產(chǎn)生預定頻率、強度的正弦交變信號；正弦激勵源模塊將所產(chǎn)生的正弦交變信號施加到激勵線圈，使其產(chǎn)生同頻的正弦交變激勵磁場。
3.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置，其特征在于，位于正弦交變激勵磁場中的被測對象，產(chǎn)生與其電阻抗分布相關(guān)的正弦交變渦流；多路開關(guān)選通測量線圈陣列中的某一個測量線圈，通過感應信號檢測模塊測量該測量線圈對應的被測對象內(nèi)部的正弦交變渦流信號；感應信號檢測模塊將所測量到的正弦交變渦流信號發(fā)送給AD轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)為數(shù)字測量信號后發(fā)送給控制單元。
4.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置，其特征在于，通過多路開關(guān)遍歷選通測量線圈陣列中的每一個測量線圈，進行感應信號檢測，并經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后送入控制單元后；控制單元根據(jù)全部的感應測量信號以及測量線圈陣列的位置關(guān)系，應用投影成像算法，計算生成被測對象對應于測量線圈陣列的電阻抗平面投影圖像。
5.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置，其特征在于，所述的激勵線圈為單個螺線管線圈，單個螺線管線圈與測量線圈陣列分置于被測對象周圍；或者，所述的激勵線圈為亥姆霍茲線圈，被測對象置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部或者中間，測量線圈陣列置于亥姆霍茲線圈內(nèi)部。
6.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置，其特征在于，所述的測量線圈陣列中的測量線圈均相同，并以nXm矩陣形式排列，其中η和m為自然數(shù)，且 η = 2, m = 2。
7.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置，其特征在于，激勵線圈和測量線圈陣列在被測對象周圍相互平行，或者相互垂直，或者關(guān)于被測對象呈一定的角度。
8.一種非接觸磁感應電阻抗平面投影成像方法，其特征在于，包括以下步驟1)對激勵線圈施加正弦交變電流后產(chǎn)生作用于被測對象的正弦交變激勵磁場,通過設(shè)置在被測對象周圍的呈矩陣形式排列的測量線圈陣列，檢測被測對象因電磁感應而感應出的正弦交變渦流信號；2)測量線圈陣列中的每個測量線圈分別測量被測對象感應出的正弦交變渦流信號并計算相應的電阻抗，根據(jù)測量線圈陣列中全部測量線圈的檢測結(jié)果按照測量線圈位置形成電阻抗平面投影圖像。
9.如權(quán)利要求8所述的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像方法，其特征在于，通過 Z=W(p/(0計算測量線圈所檢測的正弦交變渦流信號相應的電阻抗；其中z為電阻抗，w為權(quán)重系數(shù)，Φ為感應測量信號的相位，ω為激勵正弦信號的角頻率。
10.如權(quán)利要求8所述的非接觸磁感應電阻抗平面投影成像方法，其特征在于，根據(jù)測量線圈陣列中全部測量線圈的檢測結(jié)果按照測量線圈位置，通過插值的方法形成電阻抗平面投影圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非接觸磁感應電阻抗平面投影成像裝置及方法，在激勵線圈中通以交變正弦電流產(chǎn)生交變磁場，具有一定導電性的被測對象置于該交變磁場中，被測對象內(nèi)部因電磁感應而產(chǎn)生同頻交變渦流，通過以矩陣形式排列成一個平面的測量線圈陣列分別檢測交變渦流引起的磁場信號，根據(jù)測量信號與被測對象電阻抗分布的關(guān)系分別計算各個測量線圈所對應的被測對象部位的電阻抗分布情況，全部計算結(jié)果按照測量線圈位置形成電阻抗平面投影圖像。
文檔編號A61B5/024GK103006185SQ201210553610
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者劉銳崗, 董秀珍, 付峰, 尤富生, 史學濤, 季振宇, 王雷, 楊濱, 徐燦華, 代萌, 王楠 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學