低频振动的超声-磁电成像方法研究
发布时间：2019-09-11 21:54
【摘要】：本研究提出了低频振动的超声-磁电成像方法,是一种将超声成像与磁电成像相结合的双模成像法,可以同时获得组织的力学和电学信息。其基本原理为将生物体组织置于静磁场中,用低频振动激励组织内部使其发生振动,通过超声脉冲-回波法检测剪切波,可以获得组织内部的弹性结构;通过对表面电信号的检测,可以获取组织电导率信息。实验采用标准仿体和铜丝进行了验证性实验,实验结果表明该实验平台具有可行性与适用性。在此实验平台上对自制体模进行了初步探索,结果表明可以实现对自制体模的弹性和电导率的同步检测。
【图文】：
表面电压检测，软件部分包括对超声回波ＲF信号，电压信号的处理。外部激励系统由任意波形信号发生器(TektronixAFG3102，TektronixInc．，USA)，功率放大器(PowerAmplifierType2718，B＆K，Denmark)，微型激励器(Mini－shakerType4810，B＆K，Den-mark)和振动连杆(自制)组成。超声脉冲回波检测由SonixTOUCH(UltrasonixMedicalCorporation，Can-ada)彩色超声诊断系统完成。表面电信号的检测由生物记录仪MP150(MP150，BIOPACInc．，USA)和示波器TektronixDPO5054进行采集，显示和保存。主要运用到的处理软件为MATLAB。图1为整个系统的实验装置示意图。图1实验装置示意图Fig1Experimentaldevicediagram3．2体模制备明胶样本和人体的软组织有相似的声波速度、衰减、散射特性等，本实验中选取明胶粉来制备体模，具体制备为，首先将烧杯置于磁力搅拌器中，向烧杯中加水并且加热到90℃左右;向烧杯中加10%(Gelatinfromporcineskin，Sigma－Aldrich，USA)明胶粉，待搅拌均匀后加入2%纤维素(Sigmacellcel-lulose，Sigma－Aldrich，USA)和8%洗洁精，最后加入1%的Nacl将其具有电特性，最终将制备好的乳液导入一个尺寸为8cm×5．5cm×2．5cm的硅胶体模中，并置于冰箱中将其凝结。3．3信号采集3．3．1弹性成像验证性实验使用美国CIＲS公司的标准体模(ElasticityQAMODEL049)，通过任意信号发生器产生频率为100Hz，幅值为1Vpp持续一个周期的低频振动信号，经过功率放大器驱动标准体模，通过脉冲重复频率为7．9KHz的Sonix-TOUCH系统检测超声回波ＲF信号。3．3．2磁电成像验证性实验将铜丝样品用支架置于空气中并放置在磁场强度为B的静磁场中，方向垂直于磁场方向，信号发生器产生幅值为1Vpp，频率为100Hz，持续一个周期的正弦信号，该
?传播速度，通过与标准值对比，可知本实验系统测量剪切波速度准确性较好。表1标准体模Ｒ内部剪切波速度Table1InternalshearwavevelocityinQAphantom测量值标准值剪切波速度(m/s)2．99±0．112．6～3．1表2为把铜丝放入静磁场中，根据式(8)，计算出铜丝的电导率，在计算铜丝的电导率时，因为横截面积，长度及相关因素的影响，所以存在一定的误差，但同时也说明了此磁电成像实验平台的可行性。表2铜丝电导率结果Table2Conductivityofcopperwire测量值标准值电导率105(S/m)2．13．34．2自制体模实验结果图2中拟合得到自制体模剪切波速度为3．12m/s。图2组织内部不同深度振动位移达峰时间拟合Fig2Peaktimefittingofvibrationdisplacementatdifferentdepthsinanorganization图3最小二乘法对振动位移达峰值进行线性拟合二维图Fig3Theleastsquaremethodisusedtofitthepeakvalueofvi-brationdisplacement图4中，在自制体模的基础上插入一块薄铜片，图中的高峰是因为插入的铜片与周围Nacl离子的电导率存在很大的差异性，因此在此差异的界面会产生一个突变的信号。该信号反映出相应深度的信息。在体模中加入铜片，以达到更好的分层的效果，能够提高整体的信噪比，得到的电信号幅值更明显，更易于检测。图4插入铜片的位置信息Fig4Displacementinformationinsertedintocoppersheet表3可知改变体模中铜片的位置，，分界面的频率也发生变化，与理论结果相吻合，由于实验中存在一些未考虑的因素，测量值与理论值存在一定的误差。表3不同铜片位置与对应频率之间关系Table3Ｒelationshipbetweenlocationofcoppersheetandcorrespondingfrequency铜片位置(cm)测量值(Hz)理论值(Hz)2．5195±332383．5272±223335结论
【作者单位】： 深圳大学医学部生物医学工程学院;医学超声关键技术国家地方联合工程实验室;广东省生物医学信息检测与超声成像重点实验室;
【基金】：国家重点研发计划项目(2016YFC0104700) 国家自然科学基金资助项目(61427806,81471735)
【分类号】：R445.1
本文编号：2534687
【图文】：
表面电压检测，软件部分包括对超声回波ＲF信号，电压信号的处理。外部激励系统由任意波形信号发生器(TektronixAFG3102，TektronixInc．，USA)，功率放大器(PowerAmplifierType2718，B＆K，Denmark)，微型激励器(Mini－shakerType4810，B＆K，Den-mark)和振动连杆(自制)组成。超声脉冲回波检测由SonixTOUCH(UltrasonixMedicalCorporation，Can-ada)彩色超声诊断系统完成。表面电信号的检测由生物记录仪MP150(MP150，BIOPACInc．，USA)和示波器TektronixDPO5054进行采集，显示和保存。主要运用到的处理软件为MATLAB。图1为整个系统的实验装置示意图。图1实验装置示意图Fig1Experimentaldevicediagram3．2体模制备明胶样本和人体的软组织有相似的声波速度、衰减、散射特性等，本实验中选取明胶粉来制备体模，具体制备为，首先将烧杯置于磁力搅拌器中，向烧杯中加水并且加热到90℃左右;向烧杯中加10%(Gelatinfromporcineskin，Sigma－Aldrich，USA)明胶粉，待搅拌均匀后加入2%纤维素(Sigmacellcel-lulose，Sigma－Aldrich，USA)和8%洗洁精，最后加入1%的Nacl将其具有电特性，最终将制备好的乳液导入一个尺寸为8cm×5．5cm×2．5cm的硅胶体模中，并置于冰箱中将其凝结。3．3信号采集3．3．1弹性成像验证性实验使用美国CIＲS公司的标准体模(ElasticityQAMODEL049)，通过任意信号发生器产生频率为100Hz，幅值为1Vpp持续一个周期的低频振动信号，经过功率放大器驱动标准体模，通过脉冲重复频率为7．9KHz的Sonix-TOUCH系统检测超声回波ＲF信号。3．3．2磁电成像验证性实验将铜丝样品用支架置于空气中并放置在磁场强度为B的静磁场中，方向垂直于磁场方向，信号发生器产生幅值为1Vpp，频率为100Hz，持续一个周期的正弦信号，该
?传播速度，通过与标准值对比，可知本实验系统测量剪切波速度准确性较好。表1标准体模Ｒ内部剪切波速度Table1InternalshearwavevelocityinQAphantom测量值标准值剪切波速度(m/s)2．99±0．112．6～3．1表2为把铜丝放入静磁场中，根据式(8)，计算出铜丝的电导率，在计算铜丝的电导率时，因为横截面积，长度及相关因素的影响，所以存在一定的误差，但同时也说明了此磁电成像实验平台的可行性。表2铜丝电导率结果Table2Conductivityofcopperwire测量值标准值电导率105(S/m)2．13．34．2自制体模实验结果图2中拟合得到自制体模剪切波速度为3．12m/s。图2组织内部不同深度振动位移达峰时间拟合Fig2Peaktimefittingofvibrationdisplacementatdifferentdepthsinanorganization图3最小二乘法对振动位移达峰值进行线性拟合二维图Fig3Theleastsquaremethodisusedtofitthepeakvalueofvi-brationdisplacement图4中，在自制体模的基础上插入一块薄铜片，图中的高峰是因为插入的铜片与周围Nacl离子的电导率存在很大的差异性，因此在此差异的界面会产生一个突变的信号。该信号反映出相应深度的信息。在体模中加入铜片，以达到更好的分层的效果，能够提高整体的信噪比，得到的电信号幅值更明显，更易于检测。图4插入铜片的位置信息Fig4Displacementinformationinsertedintocoppersheet表3可知改变体模中铜片的位置，，分界面的频率也发生变化，与理论结果相吻合，由于实验中存在一些未考虑的因素，测量值与理论值存在一定的误差。表3不同铜片位置与对应频率之间关系Table3Ｒelationshipbetweenlocationofcoppersheetandcorrespondingfrequency铜片位置(cm)测量值(Hz)理论值(Hz)2．5195±332383．5272±223335结论
【作者单位】： 深圳大学医学部生物医学工程学院;医学超声关键技术国家地方联合工程实验室;广东省生物医学信息检测与超声成像重点实验室;
【基金】：国家重点研发计划项目(2016YFC0104700) 国家自然科学基金资助项目(61427806,81471735)
【分类号】：R445.1
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本文编号：2534687
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