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用于磁感应断层成像的方法和装置

阅读:637发布:2020-05-14

专利汇可以提供用于磁感应断层成像的方法和装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于重建感兴趣对象的图像的方法和装置。根据本发明,该装置包括:多个发射线圈(102、103、115、116),用于产生初级 磁场 ;多个测量线圈(121、122、129、136);以及用于选择并激励在所述多个发射线圈之中的第一对发射线圈(102、116)的模 块 (150),其中,以这样的方式来选择并激励所述第一对发射线圈(102、116):即,使得由所述第一对发射线圈所产生的初级磁场在所述多个测量线圈(121、129)之中的至少一个测量线圈的 位置 处最小。通过使得初级磁场在测量线圈的位置处最小,该装置能够减小测量线圈的动态范围,从而简化了磁感应 断层 成像系统的 硬件 设计。,下面是用于磁感应断层成像的方法和装置专利的具体信息内容。

1.一种用于重建感兴趣对象的图像的装置,其包括:
多个发射线圈(102、103、115、116),用于产生初级磁场
多个测量线圈(121、122、129、136);以及
用于选择并激励所述多个发射线圈之中的第一对发射线圈(102、116)的模(150),其中,以这样的方式来选择并激励所述第一对发射线圈(102、116):即,使得由所述第一对发射线圈所产生的初级磁场在所述多个测量线圈之中的至少一个测量线圈(121、129)的位置处最小,
所述模块(150)进一步被布置为选择并激励所述多个发射线圈之中的第二对发射线圈(103、115),并且以这样的方式来选择并激励所述第二对发射线圈:即,使得由所述第二对发射线圈所产生的初级磁场在所述至少一个测量线圈(121、129)的位置处最小。
2.如权利要求1所述的装置,其中,通过同时为所述第一对发射线圈或所述第二对发射线圈中的每个线圈提供具有相等幅度和相反方向的交变电流,来激励所述第一对发射线圈或所述第二对发射线圈。
3.如权利要求1所述的装置,其中,将所述多个发射线圈和所述多个测量线圈布置成环形阵列。
4.如权利要求3所述的装置,其中,所述多个发射线圈和所述多个测量线圈成对布置,且设置为围绕管状容器(100)的内壁。
5.一种用于重建感兴趣对象的图像的方法,其包括以下步骤:
选择并激励(310)多个发射线圈之中的第一对发射线圈;
用所述第一对发射线圈产生(320)要施加到所述感兴趣对象上的初级磁场;
用至少一个测量线圈测量(330)由次级磁场所感生的电信号,以便进行图像重建,所述次级磁场由所述感兴趣对象响应于所述初级磁场而产生,其中,以这样的方式来选择并激励所述第一对发射线圈:即,使得由所述第一对发射线圈所产生的初级磁场在所述至少一个测量线圈的位置处最小;以及
选择并激励(340)所述多个发射线圈之中的第二对发射线圈,其中,以这样的方式来选择并激励所述第二对发射线圈:即,使得由所述第二对发射线圈所产生的初级磁场在所述至少一个测量线圈的位置处最小。
6.如权利要求5所述的方法,其中,通过同时为所述第一对发射线圈或所述第二对发射线圈中的每个线圈提供具有相等幅度和相反方向的交变电流,来激励所述第一对发射线圈或所述第二对发射线圈。
7.如权利要求6所述的方法,还包括步骤:将所述多个发射线圈和所述多个测量线圈布置成环形阵列。
8.如权利要求7所述的方法,还包括步骤:将所述多个发射线圈和所述多个测量线圈成对布置且围绕管状容器的内壁。

说明书全文

用于磁感应断层成像的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及磁感应断层成像,具体而言,涉及用于减小磁感应断层成像中测量线圈的动态范围的方法和装置。

背景技术

[0002] 磁感应断层成像(MIT)是一种非侵入式且无接触式的成像技术,在工业和医学成像领域中具有应用。与其他电成像技术相比,MIT不需要将传感器与感兴趣对象进行直接接触来成像。MIT用于重建在感兴趣对象内的被动电特性的空间分布,例如导电率σ。
[0003] 现有技术中的专利申请WO2007072343公开了一种用于研究对象的电磁特性的磁感应断层成像系统。该系统包括:用于产生初级磁场的一个或多个发生器线圈,所述初级磁场在对象中感生涡电流;用于感测次级磁场的一个或多个传感器线圈,所述次级磁场是作为所述涡电流的结果而产生的;以及用于提供在(一方面)一个或多个发生器线圈和/或者一个或多个传感器线圈与(另一方面)待研究的对象之间的相对运动的模
[0004] 对于准确测量对象的电磁特性,存在很多必须要克服的技术问题。在MIT系统中,流过发射线圈的交变电流产生了交变的初级磁场。当该磁场穿过导电材料时,就感生了涡电流。这些涡电流产生了次级交变磁场,该次级交变磁场比初级磁场小很多。使用测量线圈,基于由次级磁场产生的感生电压来执行想要的测量重建。不幸的是,同时还存在大很多的初级磁场,并且初级磁场感生了成比例的大很多的电压。因此,必须以(在幅度上和相位上)非常高的精度来测量总的感生电压,该精度必须能够以足够的准确度提取出与该较小的次级磁场相关的电压。这是强大的初级磁场的存在所造成的一个方面的测量问题。
[0005] 当磁感应断层成像系统包括多个发射线圈和测量线圈时,由于在靠近正被激励的发射线圈的测量线圈与距这些发射线圈最远处的那些测量线圈之间具有巨大的初级磁场空间变化,因此需要一种具有非常高动态范围的测量系统。这是第二方面的测量问题。

发明内容

[0006] 本发明的目的是为磁感应断层成像提供一种改进的线圈布置。
[0007] 根据本发明的第一方面,其提供了一种用于重建感兴趣对象的图像的装置,其包括:
[0008] 多个发射线圈,用于产生初级磁场;
[0009] 多个测量线圈;以及
[0010] 用于选择并激励所述多个发射线圈之中的第一对发射线圈的模块,[0011] 其中,以这样的方式来选择并激励所述第一对发射线圈:即,使得由所述第一对发射线圈所产生的初级磁场在所述多个测量线圈之中的至少一个测量线圈的位置处最小。
[0012] 通过使初级磁场在(一个或多个)测量线圈的位置处最小,该装置能够减小测量线圈的动态范围,从而简化了磁感应断层成像系统的硬件设计。
[0013] 在一个实施例中,所述模块进一步被布置为选择并激励所述多个发射线圈之中的第二对发射线圈,并且以这样的方式来选择并激励所述第二对发射线圈:即,使得由所述第二对发射线圈所产生的初级磁场在所述至少一个第一测量线圈的位置处最小。
[0014] 通过以顺序方式选择并激励多对发射线圈或者在同一时刻以组合方式选择并激励多对发射线圈,能够由(一个或多个)相同的测量线圈获得一组测量数据用于进一步的图像重建。
[0015] 在另一实施例中,通过同时为第一对发射线圈或第二对发射线圈中的每个线圈提供具有相等幅度和相反方向的交变电流,来激励第一对发射线圈或第二对发射线圈。这样,由第一对发射线圈和/或第二对发射线圈所产生的初级磁场在所述至少一个第一测量线圈的位置处理论上为0,从而提高了测量精度。
[0016] 在进一步的实施例中,将所述多个发射线圈和所述多个测量线圈布置成环形阵列。该布置的优点在于,基于发射线圈的对称性,易于选择发射线圈对。
[0017] 根据本发明的第二方面,其提供了一种用于重建感兴趣对象的图像的方法,该方法包括以下步骤:
[0018] 选择多个发射线圈之中的第一对发射线圈;
[0019] 用所述第一对发射线圈产生要施加到所述感兴趣对象上的初级磁场;以及[0020] 用至少一个测量线圈测量由次级磁场所感生的电信号,以便进行图像重建,所述次级磁场由所述感兴趣对象响应于所述初级磁场而产生,
[0021] 其中,以这样的方式来选择并激励所述第一对发射线圈:即,使得由所述第一对发射线圈所产生的初级磁场在所述至少一个测量线圈的位置处最小。
[0022] 以下给出了对本发明的详细解释和其他各个方面。附图说明
[0023] 根据以下结合附图所考虑的详细描述,本发明的以上目的和其他目的将会变得更为明显,在附图中:
[0024] 图1示出了根据本发明的装置的一个实施例;
[0025] 图2示出了根据本发明的初级磁场的示意图;
[0026] 图3是根据本发明的方法的流程图
[0027] 在各个附图中,相同的附图标记用于表示类似的部件。

具体实施方式

[0028] 图1示出了根据本发明的装置的一个实施例。
[0029] 参考图1,用于重建感兴趣对象的图像的装置包括用于产生初级磁场的多个发射线圈102、103、115、116。
[0030] 该装置还包括用于测量由次级磁场所感生的电信号以便进行图像重建的多个测量线圈121、129,该次级磁场由感兴趣对象响应于初级磁场而产生。
[0031] 具体而言,当对一个或多个发射线圈提供交变电流时,其产生初级磁场,初级磁场在感兴趣对象中感生涡电流。所述感兴趣对象(图1中未示出)可以是任何导电材料或人体组织,通常放置在由线圈布置所形成的测量区中。涡电流产生次级磁场,次级磁场在测量线圈上感生电信号。
[0032] 该装置还包括用于选择并激励所述多个发射线圈之中的第一对发射线圈102、116的模块150,其中,以这样的方式来选择并激励所述第一对发射线圈:即,使得由所述第一对发射线圈所产生的初级磁场在所述多个测量线圈之中的至少一个测量线圈121、129的位置处最小。在本发明的说明书中,激励模块用于开启并为发射线圈提供交变电流,以产生初级磁场。
[0033] 能够理解,所述多个发射线圈和所述多个测量线圈能够被布置成不同的阵列。
[0034] 有利的是,将所述多个发射线圈和所述多个测量线圈布置成环形阵列。具体而言,所述多个发射线圈和所述多个测量线圈能够成对布置,且设置为围绕管状容器100的内壁。
[0035] 将发射线圈和测量线圈布置成环形阵列的一个优点在于,由于线圈的对称性,易于选择要激励的发射线圈对。
[0036] 在另一实施例中,可以以类似的方式选择并激励第二对发射线圈102、115,以便产生在测量线圈121和129的位置处最小的初级磁场。
[0037] 能够理解的是,能够以顺序的方式或同时地激励第一对发射线圈和第二对发射线圈。表1给出了当线圈布置包含16个发射线圈和16个测量线圈时,进行激励的示例性线圈组合,并且发射线圈和测量线圈被布置成环形阵列。在该表中,Le1、Le2表示发射线圈,Lm1、Lm2表示测量线圈。
[0038]
[0039] 通过以顺序的方式或者以组合的方式选择并激励不同的发射线圈对,能够获得多个测量数据用以进行图像重建。
[0040] 图2示出了根据本发明的初级磁场的示意图。
[0041] 参考图2,该线圈布置包括16对发射线圈和测量线圈,它们被布置成环形阵列,且设置为围绕管状容器100的内壁。在图2中,在X/Y对中,数字X表示发射线圈,数字Y表示测量线圈。
[0042] 当通过提供具有相同幅度和相反方向的交变电流来同时激励发射线圈102和116时,发射线圈102和116所产生的磁场相对于断层成像壁的法线具有相反的场方向。虚线所示出的曲线表示初级磁通量分布,箭头A和B表示磁通量的方向,黑色的椭圆表示结果产生的初级磁通量消失为0的区域。
[0043] 从图2中可以观察到,测量线圈121相邻于发射线圈102和116并且在发射线圈102与106之间,而测量线圈129距离发射线圈102和116最远。然而,根据本发明所提供的激励方案,对于完美对称的线圈布置和介质而言,在测量线圈121和129的位置处,结果得到的磁通量(即初级磁场)理论上为0。在实践中,结果得到的磁通量可能会大于零,但是不会像在常规磁感应断层成像装置中使用一个线圈进行激励的情况中那么大,从而减小了对于测量线圈的动态范围的需求。
[0044] 图3是根据本发明的方法的流程图。
[0045] 根据本发明,该方法包括:步骤310,选择并激励多个发射线圈101、102、103、…、116之中的第一对发射线圈102、116;步骤320,用第一对发射线圈102、116产生要施加到感兴趣对象上的初级磁场;步骤330,用至少一个测量线圈121、129测量由次级磁场所感生的电信号以便进行图像重建,所述次级磁场由所述感兴趣对象响应于初级磁场而产生。
[0046] 在一个实施例中,该方法还包括步骤340:选择并激励所述多个发射线圈之中的第二对发射线圈103、115,其中,以这样的方式来选择并激励所述第二对发射线圈:即,使得由第二对发射线圈所产生的初级磁场在至少一个第一测量线圈121、129的位置处最小。有利的是,所述选择由计算机程序来实现。
[0047] 在一个实施例中,通过同时为第一对发射线圈或第二对发射线圈中的每个线圈提供具有相等幅度和相反方向的交变电流,来激励第一对发射线圈或第二对发射线圈。这样,由第一对发射线圈和/或第二对发射线圈所产生的初级磁场在所述至少一个测量线圈的位置处在理论上为0。
[0048] 在一个实施例中,该方法还包括步骤:将所述多个发射线圈和所述多个测量线圈布置成环形阵列,这使得由于线圈布置的对称性而易于选择发射线圈和测量线圈。
[0049] 有利的是,所述多个发射线圈和所述多个测量线圈成对布置,且设置为围绕管状容器100的内壁。
[0050] 应该注意,以上实施例用于说明本发明而不是对本发明进行限定,本领域普通技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下能够设计多个可替换实施例。在权利要求中,括号内的任何参考标记都不应解释为限定权利要求。词语“包括”并不排除权利要求或说明书中没有列出的元件和步骤的存在。在元件之前的词语“一个”并不排除存在多个这种元件。在列举了几个单元的设备权利要求中,这些单元中的几个单元能够用同一硬件或软件来实现。词语第一、第二和第三等等的使用并不表示任何次序。这些词语应该解释为名称。
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