[发明专利]一种基于脉冲重复频率的声电神经成像系统

权利要求书

1.一种基于脉冲重复频率的声电神经成像系统，包括脉冲重复频率编码与扫描模块、声电信号采集模块、脉冲重复频率特征提取模块、插值成像模块、脉冲重复频率解调重建模块，其中，脉冲重复频率编码与扫描模块用于调节脉冲重复频率的编码模式并发射聚焦超声，包括脉冲重复频率编码模块和可编程相控阵；声电信号采集模块，用于在聚焦超声发射与扫描模块扫描目标区域的同时采集脉冲重复频率编码的声电信号；脉冲重复频率特征提取模块用于对采集到声电信号提取有效特征；插值成像模块用于将提取到的声电信号特征转换成声电图像；脉冲重复频率解调重建模块用于解调声电信号，重建源信号；

脉冲重复频率编码与扫描模块利用可编程相控阵设置不同的脉冲重复频率编码模式，用于聚焦超声的高精度三维扫描，编码满足如下数学关系：

其中，V_i^AE为声电信号，J^I＝J^I(x，y，z)为分布电流源，为导程i的导程场，σ₀为初始电导率，K为声电效应系数，ΔP为声压，f_PRF为脉冲重复频率，t为超声传播时间，(x，y，z)为超声聚焦域的三维直角坐标；

脉冲重复频率特征提取模块：对采集到声电信号V_i^AE通过脉冲重复频率带通滤波使声电信号V_i^AE转换为脉冲重复频率编码信号V_i^PRF；对脉冲重复频率编码信号V_i^PRF通过希尔伯特变换得到包含源信号频率、幅值特征的脉冲重复频率调制信号V_i^PRF-Hil；脉冲重复频率调制信号V_i^PRF-Hil具体为：聚焦超声波作用于有效焦域使电导率变化Δσ，由此使得测量电极处声电耦合后的脑电信号也随之改变，设有一个激活源信号为V_s，其频率为ω_s，幅值为A_s，聚焦超声信号为V_US(f_PRF)，聚焦超声扫描包含一个激活源的脑区，由声电采集模块得到对应扫描位置的脉冲重复频率编码信号V_i^PRF，脉冲重复频率调制信号V_i^PRF-Hil由聚焦超声与对应扫描位置处的激活源信号V_s相互作用形成，具有聚焦超声波焦点空间位置信息，满足如下数学关系：

其中，BPF_PRF为以脉冲重复频率f_PRF为中心频率的带通滤波器，脉冲重复频率调制信号V_i^PRF-Hil由脉冲重复频率编码信号V_i^PRF希尔伯特变换得到，满足如下数学关系：

V_i^PRF-Hil(A_s，ω_s，f_PRF)＝Hilbert{V_i^PRF(A_s，ω_s，f_PRF)}          (3)

插值成像模块：取脉冲重复频率调制信号V_i^PRF-Hil的绝对值作为聚焦位置处的声电信号幅值，以此类推各扫描位置处的声电信号幅值，作为各扫描位置处的声电成像像素值，由于扫描位置已知，则获得具有空间位置信息的二维像素值分布，经像素值归一化、二维三次插值重建多源激活成像，反映多源激活的电流源分布；

脉冲重复频率解调重建模块：对脉冲重复频率调制信号V_i^PRF-Hil以脉冲重复频率f_PRF为载波进行幅值解调得到脉冲重复频率解调重建信号V_i^PRF-Dem，该信号V_i^PRF-Dem应与激活源信号为V_s的幅值、频率及相位呈正相关。

2.根据权利要求1所述的声电神经成像系统，其特征在于，声电信号采集模块：在脉冲重复频率编码与扫描模块扫描目标脑区的同时采集脉冲重复频率编码的声电信号，将微弱的声电信号放大、滤波后存储。