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申请/专利权人：中国科学院电工研究所

摘要：一种基于磁声电效应的三维细胞成像系统，其信号激励单元提供脉冲激励信号，经过功率放大后激励超声换能器；三维电动移动单元沿X、Y、Z三个方向控制超声换能器对样品扫描。超声换能器激发超声波。两块磁体上下相对放置，形成沿Y轴方向的静磁场。信号采集单元连接电极，采集洛仑兹电压信号，电极沿Z轴方向相对放置。X轴方向为水平向右方向，Y轴方向为竖直向上方向，Z轴方向与X轴、Y轴构成右手坐标系。数据处理与控制单元根据洛仑兹电压信号重建二维或者三维图像，并分别与信号激励单元、三维电动移动单元、信号采集单元连接，实现自动扫描与数据采集。本发明通过对洛仑兹电压信号进行图像重建，实现三维细胞形态与组织结构成像。

主权项：1.一种基于磁声电效应的三维细胞成像系统，其特征在于，所述的成像系统包括信号激励单元（1）、三维电动移动单元（2）、超声换能器（3）、磁体（5、8）、测量电极（6、7）、信号采集单元（11），以及数据处理与控制单元（12）；信号激励单元（1）的输出端与超声换能器（3）的输入端连接，信号激励单元（1）提供脉冲激励信号，经过功率放大之后激励超声换能器（3）；三维电动移动单元（2）包含步进电机，能够沿X、Y、Z三个方向按照预设的路径移动，步进电机与超声换能器（3）连接，控制超声换能器（3）对待测样品进行扫描；超声换能器（3）沿X轴方向激发超声波，X轴水平向右；超声换能器（3）与待测样品（9）均放于水槽（4）中；磁体（5、8）上下相对放置，第一磁体（5）位于水槽（4）的上方，第二磁体（8）位于水槽（4）的下方，形成静磁场；一对测量电极（6、7）贴于待测样品表面，通过电极连接导线（10）与信号采集单元（11）的输入端相连接，采集洛仑兹电压信号；数据处理与控制单元（12）与信号激励单元（1）、三维电动移动单元（2）、信号采集单元（11）之间均通过串口相互连接，相互传递状态与控制信号；数据处理与控制单元（12）对洛仑兹电压信号进行图像重建；超声激励频率大于50MHz；如果待研究区域的电特性均匀分布，则不存在可测量的洛仑兹电压；反之，如果研究区域存在电导率不连续的界面，则会产生较强的洛仑兹电压信号；对于三维细胞培养体，单个细胞的内外电特性存在较大差异，从而每个细胞膜的位置都是一个电特性突变界面，进而在三维细胞培养体的外表面产生可测量的洛仑兹电压信号，测量的洛仑兹电压信号的峰值或者谷值对应细胞膜；对洛仑兹电压信号进行图像重建，实现三维细胞形态与结构成像包括：（1）超声换能器（3）在三维电动移动单元（2）控制下扫描待测样品，得到三维扫描的洛仑兹电压ut，y，z，t为采样时间，y为超声换能器的y坐标，z表示超声换能器的z坐标；（2）三维扫描数据ut，y，z经过时深转换转变为三维点云数据ux，y，z；时深转换，是指由采样时间求得x轴坐标的过程，如果超声换能器的x轴坐标为，则采样时间t对应的x轴坐标为，其中c为超声波的传播的速度；（3）对三维点云数据ux，y，z进行二值化处理，从起始时间到第一个波峰之间为0，从第一个波峰到第一个波谷之间为1，从第一个波谷到第二波峰之间为0，依此类推；（4）采用MarchingCubes算法绘制二值化处理后的三维点云数据ux，y，z的值为0.5的等值面，获得三维细胞形态和结构图像。

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