[发明专利]一种磁-声多场耦合成像实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多场耦合成像装置，特别涉及一种磁-声多场耦合成像实验装置。

背景技术

传统的电阻抗成像技术的灵敏度和空间分辨率不高，为解决此问题，人们提出了各种新型成像方法，磁声电成像和磁声成像就是其中两种互为反模式的具有良好应用前景的医学成像方法。磁声电成像的原理是将一束超声波注入成像体，成像体中的局部离子随超声波的传播而振动，振动的离子在静磁场的作用下受到洛伦兹力作用而引起电荷分离，进而在成像体内形成局部的电场，通过贴放在成像体上的接收电极或与成像体非接触的接收线圈检测电信号重构电阻抗图像。磁声成像则是磁声电成像的反模式，其成像原理是对导电成像体施加静磁场和脉冲磁场，由于洛伦兹力的作用在成像体内产生振动，通过超声探头检测超声信号重构电阻抗图像。两种成像方法在提高灵敏度和空间分辨率方面都具有潜在的优势，但是目前的实验系统存在结构复杂，检测的信号噪声大等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有实验系统存在结构复杂，检测信号噪声大等问题，提出一种磁声电导率成像实验装置。本发明既可以进行磁声实验又可以进行磁声电实验，而且通过该装置可以简化实验系统结构，同时提高信号的信噪比。

本发明主要包括超声模块、电子学模块和机械模块。所述的超声模块主要用于超声的激励和超声信号的接收，所述的电子学模块主要用于电磁激励和微弱电信号的采集，所述的机械模块的功能是实现被测样品的扫描。

所述的超声模块主要包括超声阵列、圆形骨架和超声控制采集电路。超声阵列与超声控制采集电路电连接，超声控制采集电路控制超声阵列内各个超声阵元的发射和接收，超声阵列均匀分布在圆形骨架上。超声阵列既可以作为磁声成像的超声接收装置，也可以作为磁声电成像的超声发射装置。

所述的电子学模块包括产生静磁场的磁体系统、线圈、激励电路、信号处理与采集电路和运动控制系统。所述的产生静磁场的磁体系统为超导磁体、永磁体或电磁体，位于屏蔽式水槽的外部，所述的产生静磁场的磁体系统目的是在被测样品内产生均匀磁场，产生静磁场的磁体系统产生的静磁场方向与激励线圈产生的脉冲磁场的磁场方向平行，同时产生静磁场的磁体系统产生静磁场的有效半径最好小于被测样品到超声阵列之间的直线距离，即超声阵列位于产生静磁场的磁体系统产生的静磁场有效范围外；所述的线圈既可以是激励线圈也可以是接收线圈，线圈作为激励线圈时和激励电路连接；当线圈作为接收线圈时和信号处理与采集电路连接；激励线圈与激励电路连接作为磁声成像的激励源，接收线圈与信号处理、采集电路连接作为磁声电成像的检测系统，运动控制系统实现被测样品的旋转。

所述的机械模块是本发明实验装置的核心，机械模块的功能是实现被测样品的扫描，并减少电磁干扰和超声信号的干扰，因此机械模块的设计可以保证检测信号的信噪比。所述的机械模块包括带齿轮的置物台，超声屏蔽盒、旋转齿轮以及吸声薄膜。置物台的齿轮和旋转齿轮咬合，旋转齿轮带动置物台旋转。超声屏蔽盒位于置物台的下方，激励线圈和接收线圈放置在超声屏蔽盒内。所述的吸声薄膜紧贴于屏蔽式水槽的内壁面上。所述的机械模块密封于具有电磁屏蔽功能的屏蔽式水槽内，所述的屏蔽式水槽同时也是实验用水槽，屏蔽式水槽内放置有机械模块和超声模块的超声阵列。电子学模块和超声模块的超声控制采集电路固定在水槽内壁面上，并保证超声控制采集电路不能位于耦合液中。超声阵列和被测样品之间通过耦合剂耦合，耦合剂为绝缘油或者去离子水，耦合剂放置在屏蔽式水槽内。

所述电子学模块的接收线圈和激励线圈均成对出现，也即激励线圈可以组成激励线圈对，接收线圈也可以组成激励线圈对。激励线圈对和接收线圈对的中心轴重合，激励线圈对的两个激励线圈分别位于被测样品的上、下，对称放置，上下布置的激励线圈组成赫姆赫兹线圈。接收线圈对的两个接收线圈也可以对称放置于被测样品的上、下，或者只位于被测样品的上面或者下面。接收线圈对的两个接收线圈可以是并联方式或串联方式。为提高信噪比，位于被测样品下方的线圈置于机械模块的超声屏蔽盒内，超声屏蔽盒内抽真空。超声屏蔽盒上方为置物台。所述的置物台是圆形的，超声屏蔽盒与置物台之间通过一个固定支柱连接，置物台的上方放置一个半径稍大于置物台的隔声垫，隔离超声频率在200KHz-100MHz范围内的超声信号。