本申请公开了一种磁感应成像方法和系统。其中方法包括：利用信号发生装置为信号发射装置提供的交变电流在目标生物组织周围产生激励磁场，激励磁场使得目标生物组织产生感应磁场和/或散场磁场，可以被信号探测装置探测，根据探测结果可以生成目标生物组织的三维图像，并通过图像显示装置显示出来，从而实现了磁感应成像，一方面，无需与目标生物组织接触，无创伤，无需在目标生物组织上粘贴任何电极，另一方面，可以实现三维成像并显示，成像信息更加全面，实际应用中，可以通过采集患病的目标生物组织，比如脑部、肺部、乳腺等位置的三维成像，实现对多种疾病如脑卒中、肺癌、乳腺癌等的检测更加准确，提高了检测效果，并可以进行连续监测。
1.一种磁感应成像方法，其特征在于，应用于磁感应成像系统，所述磁感应成像系统包括控制装置，分别与所述控制装置连接的信号发生装置、信号探测装置、图像显示装置，以及与所述信号发生装置连接的信号发射装置；其中，所述信号发射装置包括第一预设数量的第一磁感应线圈，作为激励线圈；所述信号探测装置包括第二预设数量的第二磁感应线圈，作为探测线圈；所述控制装置执行的所述磁感应成像方法，包括：控制所述信号发生装置产生电磁波信号并以交变电流的形式输出给所述信号发射装置；
控制所述信号发射装置对目标生物组织进行扫描，通过所述交变电流在所述目标生物组织周围产生激励磁场，以使所述目标生物组织在所述激励磁场的作用下产生感应磁场和/或散场磁场；
控制所述信号探测装置对所述目标生物组织进行扫描，探测所述感应磁场和/或散场磁场，其中包括：控制所述信号探测装置中离所述目标生物组织距离相同的至少三个所述探测线圈沿竖直方向移动到不同的竖直距离，在不同的竖直距离下，探测所述感应磁场和/或散场磁场，得到第一探测结果；控制所述信号探测装置中离所述目标生物组织距离相同的至少三个所述探测线圈沿水平方向移动到不同的水平距离，在不同的水平距离下，探测所述感应磁场和/或散场磁场，得到第二探测结果；
根据探测的所述感应磁场和/或散场磁场，生成所述目标生物组织的三维图像，包括：将所述第一探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行比较，以及将所述第二探测结果中各所述探测线圈探测到的所述感应磁场和/或散场磁场进行比较，生成所述目标生物组织的三维图像；
其中，在生成所述目标生物组织的二维图像后，通过不同竖直高度各所述探测线圈总回波磁场进行比较并叠加，获得所述目标生物组织的三维图像；
其中，在同一竖直距离下，将所述第一探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行两两对比，根据对比得到的差异，得到能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息；
通过不同竖直距离下得到的能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息，得到能够反映所述目标生物组织的第一深度分布的信息：Dn＝sncos(θn) (4)
其中，Sn为测量线圈n到达所述目标生物组织内任意一点的距离；
其中，θn为测量线圈n到目标物的测量角或辐射角，Dn为目标生物组织的深度信息，其中，dD为目标生物组织的深度的微分，dz为z的微分；
z表示空间坐标轴的z轴；p＝sinθcosφ，q＝sinθsinφ；
其中，P(x，y，z)为目标生物组织内一点， 为原点0到点P的距离，θ表示OP连线与 轴之间的夹角，φ表示点P(x，y，z)在 平面的垂点与原点O之间的连线与 轴之间的夹角，Ai，Aj分别表示位于位置 的探测线圈， 表示线圈Ai和Aj之间的距离；
在同一水平距离下，将所述第二探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行两两对比，根据对比得到的差异，得到能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息；
通过不同水平距离下得到的能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息，得到能够反映所述目标生物组织的第二深度分布的信息：其中， 表示目标生物组织重构图像的微分；
zn表示所有探测线圈阵列距离目标生物组织的一种高度；
zn-1表示所有探测线圈阵列距离目标生物组织的另一种高度：
表示目标生物组织的在所有探测线圈在zn高度时的重构图像；
表示目标生物组织的在所有探测线圈在zn-1高度时的重构图像；
根据所述目标生物组织的所述第一深度分布的信息、所述第二深度分布的信息，从非线性观测模型中提取出相应的变化数值和曲线，并根据变化数值，重建所述目标生物组织的三维图像：其中，I表示目标生物组织的可见度强度的非线性观测模型；
2.根据权利要求1所述的磁感应成像方法，其特征在于，所述控制所述信号发射装置对目标生物组织进行扫描，包括：控制所述信号发射装置中的至少一个激励线圈向所述目标生物组织施加交变电流。
3.根据权利要求1所述的磁感应成像方法，其特征在于，所述将所述第一探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行比较，以及将所述第二探测结果中各所述探测线圈探测到的所述感应磁场和/或散场磁场进行比较，生成所述目标生物组织的三维图像，包括：确定目标生物组织的非线性模型；
根据所述目标生物组织的非线性模型，将所述第一探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行比较，以及将所述第二探测结果中各所述探测线圈探测到的所述感应磁场和/或散场磁场进行比较，生成所述目标生物组织的三维图像；
其中，s表示目标生物组织的矢量位置，σ(s)表示在矢量位置s处的目标生物组织的电导率；
j为复数虚部， ω＝2πf为工作角频率，f为成像系统工作频率，μ0为自由空间的磁导率，σ为电导率，ε0为自由空间的介电常数，εr为目标生物组织的介电常数，εr＝ε′r-jσ/ωε0，ε′r为目标生物组织相对介电常数的实部， 表示目标生物组织在方向矢量s上任意一点的入射磁场与散射磁场的总磁场之和， 表示目标生物组织在方向矢量s′上任意一点的入射磁场与散射磁场的总磁场之和，*表示复数共轭；
按照如下公式建立所述目标生物组织的内部磁场感应模型：
其中， 为入射磁场，G为格林函数， 为从场源点到散射磁场的位置矢量，为从场源点到所述目标生物组织内一点的位置矢量，k0为自由空间的波数， 为磁电流密度，μr为所述目标生物组织的磁导率， 为感应电流密度，为总电场，
按照如下公式建立所述目标生物组织的外部磁场感应模型：
其中，k0表示自由空间的波数；V表示目标生物组织的体积，G表示格林函数，为从场源点到目标生物体内一点的位置矢量， 为从场源点到散射磁场的位置矢量；μr表示目标生物组织的磁导率；
为 散 射磁 场 ， 为 从 场 源点 到 场 域 内 任 一点 的 单 位 向 量 ，R为从场源点
目标生物组织的内部磁感应模型和外部磁场感应模型作为所述目标生物组织的非线性模型。
4.根据权利要求1所述的磁感应成像方法，其特征在于，生成目标生物组织的二维图像的步骤，包括：计算同一水平面上各所述探测线圈中两两所述探测线圈 的回波磁场：其中*表示复数共轭，<>表示平均时间，回波磁场信号 包含任意两个探测线圈的相位延迟和/或振幅差异；
依次计算两两探测线圈的回波磁场和，获得所有探测线圈的总回波磁场，当探测线圈为NR个时，NR为自然数且NR≥3，总回波磁场为NR(NR-1)个探测线圈的回波磁场信号之和。
5.一种磁感应成像系统，其特征在于，包括控制装置，分别与所述控制装置连接的信号发生装置、信号探测装置、图像显示装置，以及与所述信号发生装置连接的信号发射装置；
其中，所述信号发射装置包括第一预设数量的第一磁感应线圈，作为激励线圈；所述信号探测装置包括第二预设数量的第二磁感应线圈，作为探测线圈；所述控制装置用于执行如权利要求1～4任一项所述的磁感应成像方法。
6.根据权利要求5所述的磁感应成像系统，其特征在于，所述目标生物组织与各磁感应线圈之间、各磁感应线圈之间均设置有媒介。
7.根据权利要求5所述的磁感应成像系统，其特征在于，各所述激励线圈在以所述目标生物组织为中心的圆环上均匀分布；各所述探测线圈在以所述目标生物组织为中心的圆环上均匀分布。
8.根据权利要求5所述的磁感应成像系统，其特征在于，所述探测线圈和所述激励线圈均位于所述目标生物组织的同侧或两侧；
或，所述探测线圈和所述激励线圈的高度相同或者不同；
或，所述探测线圈和所述激励线圈均与所述目标生物组织成预设角度。
9.根据权利要求5所述的磁感应成像系统，其特征在于，所述信号发射装置通过多通道开关电路板与所述信号发生装置连接；所述信号探测装置通过所述多通道开关电路板与所述控制装置连接。
10.根据权利要求5所述的磁感应成像系统，其特征在于，磁感应线圈为螺线管线圈、亥姆霍兹线圈、贴片线圈或者天线。
磁感应成像方法和系统
技术领域
[0001] 本申请涉及磁感应成像技术领域，尤其涉及一种磁感应成像方法和系统。
背景技术
[0002] 目前，脑卒中严重危害着我国中老年人的身体健康和生活质量，给患者家庭和社会带来沉重的经济和医疗负担。“早发现和早诊断”是实现脑卒中及时救护和治疗的关键因素。
[0003] 相关技术中，X线计算机断层摄影术、电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)等医学影像技术为目前常规的脑卒中医学影像检测技术。但是，X线计算机断层摄影术、CT会产生对人体有害健康的电离辐射，且无法实现对脑水肿的发展过程的连续、实时监测。
[0004] 相比于上述脑卒中常规检测技术，磁感应成像因其无创、非侵入、无电离辐射、对比度高和易普查等优点，有望成为安全有效的脑卒中常规或辅助检测手段，获得了国内外学者广泛关注。然而，当前磁感应成像技术不能实现三维成像，检测效果不佳。
发明内容
[0005] 本申请的目的是提供一种磁感应成像方法和系统，以解决相关技术中的问题。
[0006] 本申请的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 一种磁感应成像方法，应用于磁感应成像系统，所述磁感应成像系统包括控制装置，分别与所述控制装置连接的信号发生装置、信号探测装置、图像显示装置,以及与所述信号发生装置连接的信号发射装置；其中，所述信号发射装置包括第一预设数量的第一磁感应线圈，作为激励线圈；所述信号探测装置包括第二预设数量的第二磁感应线圈，作为探测线圈；所述控制装置执行的所述磁感应成像方法，包括：
[0008] 控制所述信号发生装置产生电磁波信号并以交变电流的形式输出给所述信号发射装置；
[0009] 控制所述信号发射装置对目标生物组织进行扫描，通过所述交变电流在所述目标生物组织周围产生激励磁场，以使所述目标生物组织在所述激励磁场的作用下产生感应磁场和/或散场磁场；
[0010] 控制所述信号探测装置对所述目标生物组织进行扫描，探测所述感应磁场和/或散场磁场；
[0011] 根据探测的所述感应磁场和/或散场磁场，生成所述目标生物组织的三维图像，并发送至所述图像显示装置显示。
[0012] 可选的，所述控制所述信号发射装置对目标生物组织进行扫描，包括：控制所述信号发射装置中的至少一个激励线圈向所述目标生物组织施加交变电流；
[0013] 所述控制所述信号探测装置对所述目标生物组织进行扫描，探测所述感应磁场和/或散场磁场，包括：控制所述信号探测装置中离所述目标生物组织距离相同的至少三个所述探测线圈沿竖直方向移动到不同的竖直距离，在不同的竖直距离下，探测所述感应磁场和/或散场磁场，得到第一探测结果；控制所述信号探测装置中离所述目标生物组织距离相同的至少三个所述探测线圈沿水平方向移动到不同的水平距离，在不同的水平距离下，探测所述感应磁场和/或散场磁场，得到第二探测结果；
[0014] 所述根据探测的所述感应磁场和/或散场磁场，生成所述目标生物组织的三维图像，包括：
[0015] 将所述第一探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行比较，以及将所述第二探测结果中各所述探测线圈探测到的所述感应磁场和/或散场磁场进行比较，生成所述目标生物组织的三维图像。
[0016] 可选的，所述将所述第一探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行比较，以及将所述第二探测结果中各所述探测线圈探测到的所述感应磁场和/或散场磁场进行比较，生成所述目标生物组织的三维图像，包括：
[0017] 按照如下公式建立所述目标生物组织的强度模型：
[0018]
[0019] 其中，j为复数虚部， ω＝2πf为工作角频率，f为成像系统工作频率，μ0为自由空间的磁导率，σ为目标生物组织的电导率，ε0为自由空间的介电常数，εr为目标生物组织的介电常数，εr＝ε′r-jσ/ωε0，ε′r为目标生物组织相对介电常数的实部， 为总磁场，
[0020] 按照如下公式建立所述目标生物组织的内部磁场感应模型：
[0021]
[0022] 其中， 为入射磁场，G为格林函数， 为从场源点到散射磁场的位置矢量，为从场源点到所述目标生物组织内一点的位置矢量，k0为自由空间的波数， 为磁电流密度， μr为所述目标生物组织的磁导率， 为感应电流密度，为总电场，
[0023] 按照如下公式建立所述目标生物组织的外部磁场感应模型：
[0024]
[0025] 其中， 为散射磁场， 为从场源点到场域内任一点的单位向量，R为从场源点
到散射场内任意一点的距离；
[0026] 将所述目标生物组织的内部磁感应模型和外部磁场感应模型作为所述目标生物组织的非线性模型；
[0027] 在同一竖直距离下，将所述第一探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行两两对比，根据对比得到的差异，得到能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息；
[0028] 通过不同竖直距离下得到的能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息，得到能够反映所述目标生物组织的第一深度分布的信息：
[0029] Dn＝sncos(θn) (4)
[0030] 其中，θn为测量线圈n到目标物的测量角或辐射角，Dn为深度信息，[0031]
[0032] 在同一水平距离下，将所述第二探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行两两对比，根据对比得到的差异，得到能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息；
[0033] 通过不同水平距离下得到的能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息，得到能够反映所述目标生物组织的第二深度分布的信息：
[0034]
[0035] 根据所述目标生物组织的所述第一深度分布信息、所述第二深度分布信息，从所述非线性观测模型中提取出相应的变化数值和曲线，并根据变化数值，重建所述目标生物组织的三维图像：
[0036]
[0037] 可选的，所述重建所述目标生物组织的三维图像，包括：
[0038] 计算同一水平面上各所述探测线圈中两两所述探测线圈 的回波磁场：
[0039]
[0040] 其中*表示复数共轭，<>表示平均时间，回波磁场信号
[0041] 依次计算两两探测线圈的回波磁场和，获得所有探测线圈的总回波磁场，当探测线圈为NR个时，NR为自然数且NR≥3，总回波磁场为NR(NR-1)个探测线圈的回波磁场信号之和；
[0042] 通过对各所述探测线圈总回波磁场进行傅里叶逆变换，获得任意形状目标物的二维图像；
[0043] 通过不同竖直高度各所述探测线圈总回波磁场进行比较并叠加，获得所述目标生物组织的三维图像。
[0044] 一种磁感应成像系统，包括控制装置，分别与所述控制装置连接的信号发生装置、信号探测装置、图像显示装置，以及与所述信号发生装置连接的信号发射装置；其中，所述信号发射装置包括第一预设数量的第一磁感应线圈，作为激励线圈；所述信号探测装置包括第二预设数量的第二磁感应线圈，作为探测线圈；所述控制装置用于执行如以上任一项所述的磁感应成像方法。
[0045] 可选的，所述目标生物组织与各磁感应线圈之间、各磁感应线圈之间均设置有媒介。
[0046] 可选的，各所述激励线圈在以所述目标生物组织为中心的圆环上均匀分布；各所述探测线圈在以所述目标生物组织为中心的圆环上均匀分布。
[0047] 可选的，所述探测线圈和所述激励线圈均位于所述目标生物组织的同侧或两侧；
[0048] 和/或，所述探测线圈和所述激励线圈的高度相同或者不同；
[0049] 和/或，所述探测线圈和所述激励线圈相互平行；
[0050] 和/或，所述探测线圈和所述激励线圈相互重合；
[0051] 和/或，所述探测线圈和所述激励线圈均与所述目标生物组织成预设角度。
[0052] 可选的，所述信号发射装置通过多通道开关电路板与所述信号发生装置连接；所述信号探测装置通过所述多通道开关电路板与所述控制装置连接。
[0053] 可选的，磁感应线圈为螺线管线圈、亥姆霍兹线圈、贴片线圈或者天线。
[0054] 本申请采用以上技术方案，具有如下有益效果：
[0055] 本申请的磁感应成像系统中，设置了能够产生电磁波的信号发生装置、以及信号发射装置、控制装置、信号探测装置、图像显示装置，利用信号发生装置为信号发射装置提供的交变电流在目标生物组织周围产生激励磁场，激励磁场使得目标生物组织产生感应磁场和/或散场磁场，可以被信号探测装置探测，根据探测结果可以生成目标生物组织的三维图像，并通过图像显示装置显示出来，从而实现了磁感应成像，一方面，本方案中，无需与目标生物组织接触，无创伤，无需在目标生物组织上粘贴任何电极，另一方面，可以实现三维成像并显示，成像信息更加全面，实际应用中，可以通过采集患病的目标生物组织，比如脑部、肺部、乳腺等位置的三维成像，实现对多种疾病如脑卒中、肺癌、乳腺癌等的检测更加准确，提高了检测效果，并可以进行连续监测。
附图说明
[0056] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0057] 图1是本申请一个实施例提供的一种磁感应成像方法的流程图。
[0058] 图2是本申请一个实施例提供的一种磁感应成像系统的结构图。
[0059] 图3是本申请另一个实施例提供的磁感应成像系统中磁感应线圈的几何排列示意图。
[0060] 图4是本申请另一个实施例提供的探测线圈高度调整的示意图。
[0061] 图5(a)是本申请另一个实施例提供的含头颅模型和线圈的系统仿真图。
[0062] 图5(b)是本申请另一个实施例提供的三维头颅模型的三维图像。
[0063] 图5(c)是本申请另一个实施例提供的三维头颅模型的三维重构图像。
具体实施方式
[0064] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
[0065] 实施例
[0066] 参见图1，图1是本申请一个实施例提供的一种磁感应成像方法的流程图。
[0067] 参见图2，图2是本申请一个实施例提供的一种磁感应成像系统的结构图。
[0068] 如图1所示，本实施例提供一种磁感应成像方法，应用于磁感应成像系统，如图2所示，所述磁感应成像系统包括控制装置201，分别与所述控制装置连接的信号发生装置202、信号探测装置203、图像显示装置204,以及与所述信号发生装置连接的信号发射装置205；其中，所述信号发射装置包括第一预设数量的第一磁感应线圈，作为激励线圈；所述信号探测装置包括第二预设数量的第二磁感应线圈，作为探测线圈；所述控制装置执行的所述磁感应成像方法，具体步骤包括：
[0069] 步骤11、控制所述信号发生装置产生电磁波信号并以交变电流的形式输出给所述信号发射装置。
[0070] 信号发生装置可以采用型号为Keysight E5061B的矢量网络分析仪，其可以产生频率范围为5Hz-3GHz的射频信号。
[0071] 步骤12、控制所述信号发射装置对目标生物组织进行扫描，通过所述交变电流在所述目标生物组织周围产生激励磁场，以使所述目标生物组织在所述激励磁场的作用下产生感应磁场和/或散场磁场。
[0072] 实施中，在某一个激励线圈中施加交变电流，该正弦交变电流在目标生物组织周围产生激励磁场，在电磁感应的作用下，激励磁场通过目标生物组织时产生涡流，涡流产生感应磁场和/或散场磁场。可以依次控制各激励线圈。
[0073] 步骤13、控制所述信号探测装置对所述目标生物组织进行扫描，探测所述感应磁场和/或散场磁场。
[0074] 上述交变磁场经空间传播到达其余所有的探测线圈，探测线圈可以进行探测。依次控制激励线圈后，利用探测线圈分别进行探测，可以获得一组完整的测量数据。
[0075] 步骤14、根据探测的所述感应磁场和/或散场磁场，生成所述目标生物组织的三维图像，并发送至所述图像显示装置显示。
[0076] 磁场的传播受所经过空间的复电导率和复介电常数的影响，两两比较不同探测线圈的散射磁场的幅值和相位差异，就能够获得空间复电导率或复介电常数或磁导率的信息，基于此，重建得到三维断层内电导率或其变化量的分布图像。其中，测量过程中，射频线圈不需要改变位置。
[0077] 本申请的磁感应成像系统中，设置了能够产生电磁波的信号发生装置、以及信号发射装置、控制装置、信号探测装置、图像显示装置，利用信号发生装置为信号发射装置提供的交变电流在目标生物组织周围产生激励磁场，激励磁场使得目标生物组织产生感应磁场和/或散场磁场，可以被信号探测装置探测，根据探测结果可以生成目标生物组织的三维图像，并通过图像显示装置显示出来，从而实现了磁感应成像，一方面，本方案中，无需与目标生物组织接触，无创伤，无需在目标生物组织上粘贴任何电极，另一方面，可以实现三维成像并显示，成像信息更加全面，实际应用中，可以通过采集患病的目标生物组织，比如脑部、肺部、乳腺等位置的三维成像，实现对多种疾病如脑卒中、肺癌、乳腺癌等的检测更加准确，提高了检测效果，并可以进行连续监测。
[0078] 上述磁感应成像方法也称三维全息成像方法。
[0079] 一些实施例中，可选的，所述目标生物组织与各磁感应线圈之间、各磁感应线圈之间均设置有媒介。其中的媒介可以是盐水等，该媒介的介电属性与脂肪组织类似，如此，可以减少信号耦合，提高探测灵敏度。
[0080] 上述探测线圈和激励线圈的位置关系有多种，比如：可以是，所述探测线圈和所述激励线圈均位于所述目标生物组织的同侧或两侧；可以是，所述探测线圈和所述激励线圈的高度相同或者不同；可以是，所述探测线圈和所述激励线圈相互平行；可以是，所述探测线圈和所述激励线圈相互重合；还可以是，所述探测线圈和所述激励线圈均与所述目标生物组织成预设角度，等等。
[0081] 一些实施例中，可选的，各所述激励线圈在以所述目标生物组织为中心的圆环上均匀分布，从而形成平面阵列；如图3所示，各作为所述探测线圈的磁感应线圈207在以所述目标生物组织208为中心的圆环上均匀分布，从而形成平面阵列。另外，各磁感应线圈离目标生物组织的距离或高度均相同。本实施例中，磁感应线圈呈规则设置，可有效提高检测灵敏度、降低图像数据获取时间和装置成本，提高了成像质量。
[0082] 图3中，磁感应线圈设置在载体206上。
[0083] 上述激励线圈和上述探测线圈可为同一种线圈也可为不同线圈，若为同一种线圈，所述激励线圈产生磁场，所述探测线圈探测目标生物组织内部及其周围的磁场变化以及介电性、电导率的分布状态。
[0084] 实施中，磁感应线圈的数量可以根据实际需要设置，上述激励线圈的数量，即第一预设数量NT的取值可以是NT≥1，上述探测线圈的数量，即第二预设数量NR的取值可以是NR≥3，保证可以两两进行比较。
[0085] 比如，磁感应线圈的数量为16个，以目标生物组织为中心，16个磁感应线圈围绕着目标生物组织均匀排列成圆环状，每个磁感应线圈既作为激励线圈产生磁场，又作为探测线圈探测目标生物组织内部及其周围的磁场变化以及电导率的分布状态。
[0086] 可选的，磁感应线圈为螺线管线圈、亥姆霍兹线圈、贴片线圈或者天线等，磁感应线圈的匝数受工作频率和线圈大小的限制。
[0087] 上述磁感应成像系统的工作频率为单频率，最佳频率范围为1MHz-10MHz。
[0088] 一些实施例中，可选的，所述信号发射装置通过多通道开关电路板与所述信号发生装置连接；所述信号探测装置通过所述多通道开关电路板与所述控制装置连接。该多通道开关在控制装置的控制下可以实现磁感应线圈的接通。
[0089] 一些实施例中，可选的，上述步骤12中，控制所述信号发射装置对目标生物组织进行扫描，具体实现方式可以包括：控制所述信号发射装置中的至少一个激励线圈向所述目标生物组织施加交变电流。具体如下：
[0090] 步骤一、建立目标生物组织所在待成像区域的oxyz直角坐标系，确定目标生物组织与激励线圈及探测线圈的距离、激励线圈的位置坐标、探测线圈的位置坐标以及图像点数N。
[0091] 步骤二、由至少一个激励线圈向任意形状的目标生物组织施加正弦交变电流，该正弦交变电流在目标生物组织周围产生激励磁场，该激励磁场可以视为一个时间谐波电磁场，激励磁场通过目标生物组织时因电磁感应作用产生涡流。
[0092] 涡流通过计算磁势矢量 获取，
[0093]
[0094] 其中，μ为磁导率，ω为角频率，ω＝2πf，f为信号的发射频率，σ为电导率，Js为激励线圈的电流密度。
[0095] 步骤三、环绕于目标生物组织或位于目标生物组织一侧或两侧的NT个激励线圈依次发射特定频率段的电磁波信号，多个探测线圈探测响应磁场 其中ri为激励线圈的位置坐标，rr为探测线圈的位置坐标。
[0096] 进一步地，如果NT＞1，且激励线圈成均匀圆形状分布时，依次对每个激励线圈激发入射场，总入射场为NT个激励线圈激发的入射场之和。
[0097] 步骤四、将目标生物组织移出被测区域，在发射源不变的前提下探测相同探测位置的入射磁场
[0098] 步骤五、目标生物组织的散射场回波可以通过步骤三和步骤四两次的测量数据相减获得，即：
[0099]
[0100] 上述步骤13中，控制所述信号探测装置对所述目标生物组织进行扫描，探测所述感应磁场和/或散场磁场，具体实现方式可以包括：如图3所示，控制所述信号探测装置中离所述目标生物组织距离相同的至少三个所述探测线圈沿竖直方向(箭头方向)移动到不同的竖直距离，在不同的竖直距离下，探测所述感应磁场和/或散场磁场，得到第一探测结果；控制所述信号探测装置中离所述目标生物组织距离相同的至少三个所述探测线圈沿水平方向移动到不同的水平距离，在不同的水平距离下，探测所述感应磁场和/或散场磁场，得到第二探测结果。
[0101] 上述步骤14中，所述根据探测的所述感应磁场和/或散场磁场，生成所述目标生物组织的三维图像，具体实现方式可以包括：
[0102] 将所述第一探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行比较，以及将所述第二探测结果中各所述探测线圈探测到的所述感应磁场和/或散场磁场进行比较，生成所述目标生物组织的三维图像。具体如下：
[0103] 步骤一、按照如下公式建立所述目标生物组织的强度模型：
[0104]
[0105] 其中，j为复数虚部， ω＝2πf为工作角频率，f为成像系统工作频率，μ0为自由空间的磁导率，σ为目标生物组织的电导率，ε0为自由空间的介电常数，εr为目标生物组织的介电常数，εr＝ε′r-jσ/ωε0，ε′r为目标生物组织相对介电常数的实部， 为总磁场， 为oxyz直角坐标系中的位置矢量。
[0106] 步骤二、按照如下公式建立所述目标生物组织的内部磁场感应模型：
[0107]
[0108] 其中， 为入射磁场，G为格林函数， 为从场源点到散射磁场的位置矢量，为从场源点到所述目标生物组织内一点的位置矢量，k0为自由空间的波数， 为磁电流密度， μr为所述目标生物组织的磁导率， 为感应电流密度，为总电场，
[0109] 步骤三、按照如下公式建立所述目标生物组织的外部磁场感应模型：
[0110]
[0111] 其中， 为散射磁场， 为从场源点到场域内任一点的单位向量，R为从场源点
到散射场内任意一点的距离；
[0112] 当没有磁性介质或磁性介质可忽略不计的时，即μr＝1时，外部感应磁场效应模型描述为：
[0113]
[0114] 当磁性介质不可忽略时，即μr≠1时，外部感应磁场效应模型描述为：
[0115]
[0116] 步骤四、将所述目标生物组织的内部磁感应模型和外部磁场感应模型作为所述目标生物组织的非线性模型；
[0117] 步骤五、在同一竖直距离下，将所述第一探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行两两对比，根据对比得到的差异，得到能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息；
[0118] 步骤六、通过不同竖直距离下得到的能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息，得到能够反映所述目标生物组织的第一深度分布的信息：
[0119] Dn＝sncos(θn) (4)
[0120] 其中，如图4所示，θn为测量线圈n到目标物的测量角或辐射角，Dn为深度信息，[0121]
[0122] 其中，cos(θn)的计算可以参考已有的技术，此处不做赘述。
[0123] 步骤七、在同一水平距离下，将所述第二探测结果中各所述探测线圈探测到的感应磁场和/或散场磁场进行两两对比，根据对比得到的差异，得到能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息；
[0124] 步骤八、通过不同水平距离下得到的能够反映所述目标生物组织的电磁属性分布的幅值和相位的信息，得到能够反映所述目标生物组织的第二深度分布的信息：
[0125]
[0126] 步骤九、根据所述目标生物组织的所述第一深度分布信息、所述第二深度分布信息，从所述非线性观测模型中提取出相应的变化数值和曲线，并根据变化数值，重建所述目标生物组织的三维图像：
[0127]
[0128] 一些实施例中，可选的，上述重建所述目标生物组织的三维图像，具体实现方式可以包括：
[0129] 步骤一、计算同一水平面上各所述探测线圈中两两所述探测线圈 的回波磁场：
[0130]
[0131] 其中*表示复数共轭，<>表示平均时间，回波磁场信号
[0132] 步骤二、依次计算两两探测线圈的回波磁场和，获得所有探测线圈的总回波磁场，当探测线圈为NR个时，NR为自然数且NR≥3，总回波磁场为NR(NR-1)个探测线圈的回波磁场信号之和；
[0133] 步骤三、通过对各所述探测线圈总回波磁场进行傅里叶逆变换，获得任意形状目标物的二维图像；
[0134] 步骤四、通过不同竖直高度各所述探测线圈总回波磁场进行比较并叠加，获得所述目标生物组织的三维图像。
[0135] 需要说明的是，上述步骤13中，至少三个探测线圈与目标生物组织的距离大于探测用电磁波的一个波长(远场)。
[0136] 还需要说明的是，上述步骤13中，当目标生物组织为非磁性、具有导电性时，可以通过式(11)计算目标生物组织在任何一个探测线圈的散射磁场，该方法可用于监测生物体的脑水肿、脑中风、糖尿病和烧伤等多种生理病理特征。
[0137] 当目标生物组织既有磁性又有电特性时，可以通过式(12)计算目标生物组织在任何一个探测线圈的散射磁场，该方法可适用于检测生物体的肿瘤和乳房癌等多种生理病理特征。
[0138] 本申请的方案中，按照所述至少三个探测线圈与目标生物组织的距离保持彼此相同的方法，逐步改变所述间距并同步计算出至少两个探测线圈探测到的电磁属性的差异，从而构建目标生物组织的三维图像。
[0139] 通过计算当探测线圈阵列在不同高度下获取的目标物可见强度差值分布，并两两比较当探测线圈阵列在不同高度下获取的可见强度差值，形成一组完整的数据，从而实现三维图像重构。三维图像的空间分辨率受线圈种类、线圈形状、扫描速度、扫描高度的影响。为定量评估成像结果，缩放功能公式可以应用于增强图像对比度。
[0140] 为验证本申请所提出的三维全息磁感应成像方法，下面通过MATLAB平台建立了三维仿真模型，用于模拟当疾病发生时不同生物体的电磁场影响。图5(a)是含头颅模型208和磁感应线圈207的系统仿真图。图5(b)为三维头颅模型图，图5(c)是三维头颅模型的三维重构图。三维头颅模型的重构图像能够清晰地显示头颅的不同组织，其中包含肿瘤细胞。实验结果表明该方法可实现三维成像，与传统成像算法相比，该方法不需要大量的电磁逆运算，节省时间和成本。
[0141] 基于同样的构思，本申请另一个实施例还提供一种磁感应成像系统。该磁感应成像系统，包括控制装置，分别与所述控制装置连接的信号发生装置、信号探测装置、图像显示装置,以及与所述信号发生装置连接的信号发射装置；其中，所述信号发射装置包括第一预设数量的第一磁感应线圈，作为激励线圈；所述信号探测装置包括第二预设数量的第二磁感应线圈，作为探测线圈；所述控制装置用于执行如以上任一项所述的磁感应成像方法。
[0142] 可选的，所述目标生物组织与各磁感应线圈之间、各磁感应线圈之间均设置有媒介。
[0143] 可选的，各所述激励线圈在以所述目标生物组织为中心的圆环上均匀分布；各所述探测线圈在以所述目标生物组织为中心的圆环上均匀分布。
[0144] 可选的，所述探测线圈和所述激励线圈均位于所述目标生物组织的同侧或两侧；
[0145] 和/或，所述探测线圈和所述激励线圈的高度相同或者不同；
[0146] 和/或，所述探测线圈和所述激励线圈相互平行；
[0147] 和/或，所述探测线圈和所述激励线圈相互重合；
[0148] 和/或，所述探测线圈和所述激励线圈均与所述目标生物组织成预设角度。
[0149] 可选的，所述信号发射装置通过多通道开关电路板与所述信号发生装置连接；所述信号探测装置通过所述多通道开关电路板与所述控制装置连接。
[0150] 可选的，磁感应线圈为螺线管线圈、亥姆霍兹线圈、贴片线圈或者天线。
[0151] 可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0152] 需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0153] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0154] 应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
[0155] 本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0156] 此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0157] 上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0158] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0159] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
