病灶區(qū)成像系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種病灶區(qū)成像系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括信號源模塊、發(fā)射天線陣列模塊、接收天線陣列模塊、信號控制模塊和成像處理模塊，所述信號源模塊用于產(chǎn)生脈沖信號；所述發(fā)射天線陣列模塊用于將所述脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)；所述接收天線陣列模塊用于接收對所述脈沖信號產(chǎn)生的第一回波信號；所述信號控制模塊用于將所述第一回波信號進行時間反演得到反演信號；所述發(fā)射天線陣列模塊還用于將所述反演信號發(fā)射至病灶區(qū)；所述接收天線陣列模塊還用于接收對所述反演信號產(chǎn)生的第二回波信號；所述信號控制模塊還用于提取所述第二回波信號包含的目標信息；所述成像處理模塊用于根據(jù)所述目標信息進行成像。提高了信噪比，從而提高了成像圖像的質(zhì)量。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別是涉及一種病灶區(qū)成像系統(tǒng)和方法。 病灶區(qū)成像系統(tǒng)和方法

【背景技術(shù)】
[0002] 為了了解人體的健康狀況，醫(yī)院往往通過一些成像設(shè)備對人體進行成像檢測。例 如采用X射線成像技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、超聲波成像技術(shù)或核磁共振成像等對人體內(nèi)部進 行成像檢測，獲取人體內(nèi)部的圖像。
[0003] 然而，傳統(tǒng)的成像設(shè)備成像時容易產(chǎn)生信道衰落，降低了圖像的信噪比，所成圖像 的質(zhì)量較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，有必要針對傳統(tǒng)的成像設(shè)備所成圖像的質(zhì)量較差的問題，提供一種病灶 區(qū)成像系統(tǒng)，能提高成像所得圖像的質(zhì)量。
[0005] 此外，還有必要提供一種病灶區(qū)成像方法，能提高成像所得圖像的質(zhì)量。
[0006] -種病灶區(qū)成像系統(tǒng)，包括信號源模塊、發(fā)射天線陣列模塊、接收天線陣列模塊、 信號控制模塊和成像處理模塊，所述發(fā)射天線陣列模塊與所述信號源模塊相連，所述信號 控制模塊與所述接收天線陣列模塊、發(fā)射天線陣列模塊和成像處理模塊分別相連；所述信 號源模塊用于產(chǎn)生脈沖信號；所述發(fā)射天線陣列模塊用于將所述脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)； 所述接收天線陣列模塊用于接收所述病灶區(qū)對所述脈沖信號產(chǎn)生的第一回波信號，并將所 述第一回波信號發(fā)送給所述信號控制模塊；所述信號控制模塊用于將所述第一回波信號進 行時間反演得到反演信號，并將所述反演信號發(fā)送至所述發(fā)射天線陣列模塊；所述發(fā)射天 線陣列模塊還用于將所述反演信號發(fā)射至病灶區(qū)；所述接收天線陣列模塊還用于接收所述 病灶區(qū)對所述反演信號產(chǎn)生的第二回波信號，并將所述第二回波信號發(fā)送給所述信號控制 模塊；所述信號控制模塊還用于提取所述第二回波信號包含的目標信息，并將所述目標信 息發(fā)送給所述成像處理模塊；所述成像處理模塊用于根據(jù)所述目標信息進行成像。
[0007] 在其中一個實施例中，所述系統(tǒng)還包括放大器模塊、低噪聲放大器模塊和濾波器 模塊，所述放大器模塊與所述信號源模塊和發(fā)射天線陣列模塊分別相連，所述放大器模塊 用于對所述脈沖信號進行放大處理；所述低噪聲放大器模塊與所述接收天線陣列模塊相 連，所述濾波器模塊與所述低噪聲放大器模塊和信號控制模塊分別相連；所述低噪聲放大 器模塊用于對所述第一回波信號和第二回波信號進行放大處理；所述濾波器模塊用于對所 述第一回波信號和第二回波信號進行濾波處理。
[0008] 在其中一個實施例中，所述信號控制模塊用于對所述第一回波信號進行時間反演 是對所述第一回波信號的波形反轉(zhuǎn)。
[0009] 在其中一個實施例中，所述脈沖信號為超寬帶高斯脈沖信號。
[0010] 在其中一個實施例中，所述發(fā)射天線陣列模塊和接收天線陣列模塊均為亞波長陣 列微帶天線。 toon] 在其中一個實施例中，所述信號控制模塊包括波形時間反轉(zhuǎn)單元、波形存儲單元、 雙工器和數(shù)據(jù)采集單元；所述波形時間反轉(zhuǎn)單元用于對所述第一回波信號的波形進行反轉(zhuǎn) 得到反演信號；所述雙工器用于將所述反演信號發(fā)送給所述發(fā)射天線陣列模塊；所述波形 存儲單元用于存儲所述第二回波信號；所述數(shù)據(jù)采集單元用于提取所述第二回波信號目標 信息，并將所述目標信息發(fā)送給所述成像處理模塊。
[0012] 在其中一個實施例中，所述雙工器為混合環(huán)或者開關(guān)器件。
[0013] 一種病灶區(qū)成像方法，包括以下步驟：
[0014] 產(chǎn)生脈沖信號，并將所述脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)；
[0015] 接收所述病灶區(qū)對所述脈沖信號產(chǎn)生的第一回波信號；
[0016] 將所述第一回波信號進行時間反演得到反演信號；
[0017] 將所述反演信號發(fā)射至所述病灶區(qū)；
[0018] 接收所述病灶區(qū)對所述反演信號產(chǎn)生的第二回波信號；
[0019] 提取所述第二回波信號包含的目標信息；
[0020] 根據(jù)所述目標信息進行成像。
[0021] 在其中一個實施例中，在所述產(chǎn)生脈沖信號的步驟之后，所述將脈沖信號發(fā)射至 病灶區(qū)的步驟之前，所述方法還包括：
[0022] 對所述脈沖信號進行放大處理；
[0023] 在所述接收所述病灶區(qū)對所述脈沖信號產(chǎn)生的第一回波信號的步驟之后，所述方 法還包括：
[0024] 對所述第一回波信號進行放大處理和濾波處理；
[0025] 在所述接收所述病灶區(qū)對所述反演信號產(chǎn)生的第二回波信號的步驟之后，所述方 法還包括：
[0026] 對所述第二回波信號進行放大處理和濾波處理。
[0027] 在其中一個實施例中，所述脈沖信號為超寬帶高斯脈沖信號；
[0028] 將所述第一回波信號進行時間反演得到反演信號的步驟包括：
[0029] 對所述第一回波信號的波形反轉(zhuǎn)得到反演信號。
[0030] 上述病灶區(qū)成像系統(tǒng)和方法，通過產(chǎn)生脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)，接收到對脈沖信 號產(chǎn)生的第一回波信號后，對第一回波信號進行時間反演得到反演信號，再將反演信號發(fā) 射至病灶區(qū)，接收反演信號產(chǎn)生的第二回波信號，提取第二回波信號中的目標信息，根據(jù)目 標信息進行成像，采用時間反演聚焦特性利用多路徑傳輸效應(yīng)，降低了信道衰弱，提高了成 像系統(tǒng)的信噪比，從而提高了成像圖像的質(zhì)量。
[0031] 另外，采用超寬帶高斯脈沖信號，引起能量較小，對人體傷害非常小，且脈沖持續(xù) 時間短，采樣周期小，能提高檢測效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1為一個實施例中病灶區(qū)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0033] 圖2為一個實施例中信號控制模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖3a為一個實施例中脈沖信號傳播不意圖；
[0035] 圖3b為圖3a中脈沖信號產(chǎn)生的回波信號進行時間反演得到的反演信號傳播示意 圖；
[0036] 圖4為另一個實施例中病灶區(qū)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0037] 圖5為一個實施例中病灶區(qū)成像方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0038] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0039] 圖1為一個實施例中病灶區(qū)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，一種病灶區(qū)成像 系統(tǒng)，包括信號源模塊110、發(fā)射天線陣列模塊120、接收天線陣列模塊130、信號控制模塊 140和成像處理模塊150。發(fā)射天線陣列模塊120與該信號源模塊110相連，信號控制模塊 140與該接收天線陣列模塊130、發(fā)射天線陣列模塊120和成像處理模塊150分別相連。
[0040] 其中，信號源模塊110用于產(chǎn)生脈沖信號。本實施例中，脈沖信號可為超寬帶高斯 脈沖信號。超寬帶高斯脈沖信號是指通過對具有上升和下降時間的沖激脈沖進行調(diào)制，使 信號具有GHz (吉赫茲）量級的帶寬高斯脈沖信號。該超寬帶高斯脈沖相對帶寬大于25%。 采用超寬帶高斯脈沖信號，引起能量較小，對人體傷害非常小，且脈沖持續(xù)時間短，采樣周 期小，能提1?檢測效率。
[0041] 該發(fā)射天線陣列模塊120用于將該脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)。具體的，病灶區(qū)可為 乳腺癌區(qū)、肺部癌區(qū)或胃部癌區(qū)等。
[0042] 該接收天線陣列模塊130用于接收該病灶區(qū)對該脈沖信號產(chǎn)生的第一回波信號， 并將該第一回波信號發(fā)送給該信號控制模塊140。
[0043] 該信號控制模塊140用于將該第一回波信號進行時間反演得到反演信號，并將該 反演信號發(fā)送至該發(fā)射天線陣列模塊120。
[0044] 具體的，時間反演（Time Reversal)是由M. Fink于1992年首先提出的。時間反 演是指在時域上對所接收到的信號進行一種逆序操作，其等同于頻域上的相位共軛。無論 在均勻媒質(zhì)環(huán)境中還是在非均勻媒質(zhì)環(huán)境中，經(jīng)由時間反演處理過的信號具有時間和空間 的同步聚焦特性。
[0045] 本實施例中，信號控制模塊140對第一回波信號進行時間反演是對第一回波信號 的波形反轉(zhuǎn)。
[0046] 該發(fā)射天線陣列模塊120還用于將該反演信號發(fā)射至病灶區(qū)。
[0047] 該接收天線陣列模塊130還用于接收該病灶區(qū)對該反演信號產(chǎn)生的第二回波信 號，并將該第二回波信號發(fā)送給該信號控制模塊140。
[0048] 該信號控制模塊140還用于提取該第二回波信號包含的目標信息，并將該目標信 息發(fā)送給該成像處理模塊150。
[0049] 圖2為一個實施例中信號控制模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該信號控制 模塊140包括波形時間反轉(zhuǎn)單元142、波形存儲單元144、雙工器146和數(shù)據(jù)采集單元148。
[0050] 該波形時間反轉(zhuǎn)單元142用于對該第一回波信號的波形進行反轉(zhuǎn)得到反演信號。 該波形時間反轉(zhuǎn)單元142可由軟件程序?qū)崿F(xiàn)，也可通過硬件電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
[0051] 該雙工器146用于將該反演信號發(fā)送給該發(fā)射天線陣列模塊120。具體的，該雙工 器146為混合環(huán)或者開關(guān)器件。
[0052] 該波形存儲單元144用于存儲該第二回波信號。
[0053] 該數(shù)據(jù)采集單元148用于提取該第二回波信號目標信息，并將該目標信息發(fā)送給 該成像處理模塊150。
[0054] 該成像處理模塊150用于根據(jù)該目標信息進行成像。成像處理模塊150根據(jù)目標 信息實現(xiàn)對病區(qū)組織的高分辨率成像。
[0055] 此外，該發(fā)射天線陣列模塊120和接收天線陣列模塊130均為亞波長陣列微帶天 線。亞波長陣列微帶天線是指天線的特征尺寸與工作波長相當(dāng)或更小的周期天線。
[0056] 圖3a為一個實施例中脈沖信號傳播75意圖；圖3b為圖3a中脈沖信號產(chǎn)生的回波 信號進行時間反演得到的反演信號傳播示意圖。如圖3a所示，信號源產(chǎn)生的脈沖信號通過 發(fā)射天線陣列模塊發(fā)射后，接收天線陣列模塊接收第一回波信號；如圖3b所示，對第一回 波信號進行時間反轉(zhuǎn)得到反演信號（即時間反轉(zhuǎn)信號），由發(fā)射天線陣列模塊重新發(fā)射后， 在原發(fā)射點出實現(xiàn)時空同步聚焦。
[0057] 上述病灶區(qū)成像系統(tǒng)，通過產(chǎn)生脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)，接收到對脈沖信號產(chǎn)生 的第一回波信號后，對第一回波信號進行時間反演得到反演信號，再將反演信號發(fā)射至病 灶區(qū)，接收反演信號產(chǎn)生的第二回波信號，提取第二回波信號中的目標信息，根據(jù)目標信息 進行成像，采用時間反演聚焦特性利用多路徑傳輸效應(yīng)，降低了信道衰弱，提高了成像系統(tǒng) 的信噪比，從而提高了成像圖像的質(zhì)量。
[0058] 圖4為另一個實施例中病灶區(qū)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖4所示，該病灶區(qū)成像 系統(tǒng)，除了包括信號源模塊110、發(fā)射天線陣列模塊120、接收天線陣列模塊130、信號控制 模塊140和成像處理模塊150,還包括放大器模塊160、低噪聲放大器模塊170和濾波器模 塊180。該放大器模塊160與該信號源模塊110和發(fā)射天線陣列模塊120分別相連，該放大 器模塊160用于對該脈沖信號進行放大處理。
[0059] 放大器模塊160對脈沖信號進行放大處理，以提高發(fā)射信號的功率。
[0060] 該低噪聲放大器模塊170與該接收天線陣列模塊130相連，該濾波器模塊180與 該低噪聲放大器模塊170和信號控制模塊140分別相連。該低噪聲放大器模塊170用于對 該第一回波信號和第二回波信號進行放大處理；該濾波器模塊180用于對該第一回波信號 和第二回波信號進行濾波處理。
[0061] 具體的，低噪聲放大器模塊170對第一回波信號和第二回波信號進行放大處理， 以提高回波信號功率。濾波器模塊180用于除去第一回波信號和第二回波信號中的雜波， 提高回波信號質(zhì)量。
[0062] 圖5為一個實施例中病灶區(qū)成像方法的流程圖。如圖5所示，該病灶區(qū)成像方法， 包括以下步驟：
[0063] 步驟502,產(chǎn)生脈沖信號，并將該脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)。
[0064] 具體的，該脈沖信號為超寬帶高斯脈沖信號。
[0065] 步驟504,接收該病灶區(qū)對該脈沖信號產(chǎn)生的第一回波信號。
[0066] 步驟506,將該第一回波信號進行時間反演得到反演信號。
[0067] 具體的，步驟506包括：對該第一回波信號的波形反轉(zhuǎn)得到反演信號。
[0068] 步驟508,將該反演信號發(fā)射至該病灶區(qū)。
[0069] 步驟510,接收該病灶區(qū)對該反演信號產(chǎn)生的第二回波信號。
[0070] 步驟512,提取該第二回波信號包含的目標信息。
[0071] 步驟514,根據(jù)該目標信息進行成像。
[0072] 上述病灶區(qū)成像方法，通過產(chǎn)生脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)，接收到對脈沖信號產(chǎn)生 的第一回波信號后，對第一回波信號進行時間反演得到反演信號，再將反演信號發(fā)射至病 灶區(qū)，接收反演信號產(chǎn)生的第二回波信號，提取第二回波信號中的目標信息，根據(jù)目標信息 進行成像，采用時間反演聚焦特性利用多路徑傳輸效應(yīng)，降低了信道衰弱，提高了成像系統(tǒng) 的信噪比，從而提高了成像圖像的質(zhì)量。
[0073] 在一個實施例中，在該產(chǎn)生脈沖信號的步驟之后，該將脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)的 步驟之前，該病灶區(qū)成像方法還包括：對該脈沖信號進行放大處理。
[0074] 在一個實施例中，在該接收該病灶區(qū)對該脈沖信號產(chǎn)生的第一回波信號的步驟之 后，該病灶區(qū)成像方法還包括：對該第一回波信號進行放大處理和濾波處理。
[0075] 在一個實施例中，在該接收該病灶區(qū)對該反演信號產(chǎn)生的第二回波信號的步驟之 后，該病灶區(qū)成像方法還包括：對該第二回波信號進行放大處理和濾波處理。
[0076] 以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保 護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
【權(quán)利要求】
1. 一種病灶區(qū)成像系統(tǒng)，其特征在于，包括信號源模塊、發(fā)射天線陣列模塊、接收天線 陣列模塊、信號控制模塊和成像處理模塊，所述發(fā)射天線陣列模塊與所述信號源模塊相連， 所述信號控制模塊與所述接收天線陣列模塊、發(fā)射天線陣列模塊和成像處理模塊分別相 連；所述信號源模塊用于產(chǎn)生脈沖信號；所述發(fā)射天線陣列模塊用于將所述脈沖信號發(fā)射 至病灶區(qū)；所述接收天線陣列模塊用于接收所述病灶區(qū)對所述脈沖信號產(chǎn)生的第一回波信 號，并將所述第一回波信號發(fā)送給所述信號控制模塊；所述信號控制模塊用于將所述第一 回波信號進行時間反演得到反演信號，并將所述反演信號發(fā)送至所述發(fā)射天線陣列模塊； 所述發(fā)射天線陣列模塊還用于將所述反演信號發(fā)射至病灶區(qū)；所述接收天線陣列模塊還用 于接收所述病灶區(qū)對所述反演信號產(chǎn)生的第二回波信號，并將所述第二回波信號發(fā)送給所 述信號控制模塊；所述信號控制模塊還用于提取所述第二回波信號包含的目標信息，并將 所述目標信息發(fā)送給所述成像處理模塊；所述成像處理模塊用于根據(jù)所述目標信息進行成 像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的病灶區(qū)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括放大器模塊、 低噪聲放大器模塊和濾波器模塊，所述放大器模塊與所述信號源模塊和發(fā)射天線陣列模塊 分別相連，所述放大器模塊用于對所述脈沖信號進行放大處理；所述低噪聲放大器模塊與 所述接收天線陣列模塊相連，所述濾波器模塊與所述低噪聲放大器模塊和信號控制模塊分 別相連；所述低噪聲放大器模塊用于對所述第一回波信號和第二回波信號進行放大處理； 所述濾波器模塊用于對所述第一回波信號和第二回波信號進行濾波處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的病灶區(qū)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述信號控制模塊用于對所 述第一回波信號進行時間反演是對所述第一回波信號的波形反轉(zhuǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的病灶區(qū)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖信號為超寬帶高斯 脈沖信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的病灶區(qū)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射天線陣列模塊和接 收天線陣列模塊均為亞波長陣列微帶天線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的病灶區(qū)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述信號控制模塊包括波形 時間反轉(zhuǎn)單元、波形存儲單元、雙工器和數(shù)據(jù)采集單元；所述波形時間反轉(zhuǎn)單元用于對所述 第一回波信號的波形進行反轉(zhuǎn)得到反演信號；所述雙工器用于將所述反演信號發(fā)送給所述 發(fā)射天線陣列模塊；所述波形存儲單元用于存儲所述第二回波信號；所述數(shù)據(jù)采集單元用 于提取所述第二回波信號目標信息，并將所述目標信息發(fā)送給所述成像處理模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的病灶區(qū)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述雙工器為混合環(huán)或者開 關(guān)器件。
8. -種病灶區(qū)成像方法，包括以下步驟： 產(chǎn)生脈沖信號，并將所述脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)； 接收所述病灶區(qū)對所述脈沖信號產(chǎn)生的第一回波信號； 將所述第一回波信號進行時間反演得到反演信號； 將所述反演信號發(fā)射至所述病灶區(qū)； 接收所述病灶區(qū)對所述反演信號產(chǎn)生的第二回波信號； 提取所述第二回波信號包含的目標信息； 根據(jù)所述目標信息進行成像。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的病灶區(qū)成像方法，其特征在于，在所述產(chǎn)生脈沖信號的步驟 之后，所述將脈沖信號發(fā)射至病灶區(qū)的步驟之前，所述方法還包括： 對所述脈沖信號進行放大處理； 在所述接收所述病灶區(qū)對所述脈沖信號產(chǎn)生的第一回波信號的步驟之后，所述方法還 包括： 對所述第一回波信號進行放大處理和濾波處理； 在所述接收所述病灶區(qū)對所述反演信號產(chǎn)生的第二回波信號的步驟之后，所述方法還 包括： 對所述第二回波信號進行放大處理和濾波處理。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的病灶區(qū)成像方法，其特征在于，所述脈沖信號為超寬帶高斯 脈沖信號； 將所述第一回波信號進行時間反演得到反演信號的步驟包括： 對所述第一回波信號的波形反轉(zhuǎn)得到反演信號。
【文檔編號】G01S7/292GK104101877SQ201410301732
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】張寧, 王亮 申請人:深圳先進技術(shù)研究院