用於磁感應斷層成像的方法和裝置的製作方法

2023-05-18 18:17:16

專利名稱：用於磁感應斷層成像的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及磁感應斷層成像，具體而言，涉及用於減小磁感應斷層成像中測量線圈的動態範圍的方法和裝置。
背景技術：
磁感應斷層成像(MIT)是一種非侵入式且無接觸式的成像技術，在工業和醫學成像領域中具有應用。與其他電成像技術相比，MIT不需要將傳感器與感興趣對象進行直接接觸來成像。MIT用於重建在感興趣對象內的被動電特性的空間分布，例如導電率ο。現有技術中的專利申請W02007072343公開了一種用於研究對象的電磁特性的磁感應斷層成像系統。該系統包括用於產生初級磁場的一個或多個發生器線圈，所述初級磁場在對象中感生渦電流；用於感測次級磁場的一個或多個傳感器線圈，所述次級磁場是作為所述渦電流的結果而產生的；以及用於提供在(一方面)一個或多個發生器線圈和/或者一個或多個傳感器線圈與(另一方面)待研究的對象之間的相對運動的模塊。對於準確測量對象的電磁特性，存在很多必須要克服的技術問題。在MIT系統中， 流過發射線圈的交變電流產生了交變的初級磁場。當該磁場穿過導電材料時，就感生了渦電流。這些渦電流產生了次級交變磁場，該次級交變磁場比初級磁場小很多。使用測量線圈，基於由次級磁場產生的感生電壓來執行想要的測量重建。不幸的是，同時還存在大很多的初級磁場，並且初級磁場感生了成比例的大很多的電壓。因此，必須以(在幅度上和相位上)非常高的精度來測量總的感生電壓，該精度必須能夠以足夠的準確度提取出與該較小的次級磁場相關的電壓。這是強大的初級磁場的存在所造成的一個方面的測量問題。當磁感應斷層成像系統包括多個發射線圈和測量線圈時，由於在靠近正被激勵的發射線圈的測量線圈與距這些發射線圈最遠處的那些測量線圈之間具有巨大的初級磁場空間變化，因此需要一種具有非常高動態範圍的測量系統。這是第二方面的測量問題。

發明內容
本發明的目的是為磁感應斷層成像提供一種改進的線圈布置。根據本發明的第一方面，其提供了一種用於重建感興趣對象的圖像的裝置，其包括多個發射線圈，用於產生初級磁場；多個測量線圈；以及用於選擇並激勵所述多個發射線圈之中的第一對發射線圈的模塊，其中，以這樣的方式來選擇並激勵所述第一對發射線圈即，使得由所述第一對發射線圈所產生的初級磁場在所述多個測量線圈之中的至少一個測量線圈的位置處最小。通過使初級磁場在(一個或多個)測量線圈的位置處最小，該裝置能夠減小測量線圈的動態範圍，從而簡化了磁感應斷層成像系統的硬體設計。在一個實施例中，所述模塊進一步被布置為選擇並激勵所述多個發射線圈之中的第二對發射線圈，並且以這樣的方式來選擇並激勵所述第二對發射線圈即，使得由所述第二對發射線圈所產生的初級磁場在所述至少一個第一測量線圈的位置處最小。通過以順序方式選擇並激勵多對發射線圈或者在同一時刻以組合方式選擇並激勵多對發射線圈，能夠由(一個或多個)相同的測量線圈獲得一組測量數據用於進一步的圖像重建。在另一實施例中，通過同時為第一對發射線圈或第二對發射線圈中的每個線圈提供具有相等幅度和相反方向的交變電流，來激勵第一對發射線圈或第二對發射線圈。這樣， 由第一對發射線圈和/或第二對發射線圈所產生的初級磁場在所述至少一個第一測量線圈的位置處理論上為0，從而提高了測量精度。在進一步的實施例中，將所述多個發射線圈和所述多個測量線圈布置成環形陣列。該布置的優點在於，基於發射線圈的對稱性，易於選擇發射線圈對。根據本發明的第二方面，其提供了一種用於重建感興趣對象的圖像的方法，該方法包括以下步驟選擇多個發射線圈之中的第一對發射線圈；用所述第一對發射線圈產生要施加到所述感興趣對象上的初級磁場；以及用至少一個測量線圈測量由次級磁場所感生的電信號，以便進行圖像重建，所述次級磁場由所述感興趣對象響應於所述初級磁場而產生，其中，以這樣的方式來選擇並激勵所述第一對發射線圈即，使得由所述第一對發射線圈所產生的初級磁場在所述至少一個測量線圈的位置處最小。以下給出了對本發明的詳細解釋和其他各個方面。


根據以下結合附圖所考慮的詳細描述，本發明的以上目的和其他目的將會變得更為明顯，在附圖中圖1示出了根據本發明的裝置的一個實施例；圖2示出了根據本發明的初級磁場的示意圖；圖3是根據本發明的方法的流程圖。在各個附圖中，相同的附圖標記用於表示類似的部件。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明的裝置的一個實施例。參考圖1，用於重建感興趣對象的圖像的裝置包括用於產生初級磁場的多個發射線圈 102、103、115、116。該裝置還包括用於測量由次級磁場所感生的電信號以便進行圖像重建的多個測量線圈121、129，該次級磁場由感興趣對象響應於初級磁場而產生。具體而言，當對一個或多個發射線圈提供交變電流時，其產生初級磁場，初級磁場在感興趣對象中感生渦電流。所述感興趣對象(圖1中未示出)可以是任何導電材料或人體組織，通常放置在由線圈布置所形成的測量區中。渦電流產生次級磁場，次級磁場在測量線圈上感生電信號。
該裝置還包括用於選擇並激勵所述多個發射線圈之中的第一對發射線圈102、116 的模塊150，其中，以這樣的方式來選擇並激勵所述第一對發射線圈即，使得由所述第一對發射線圈所產生的初級磁場在所述多個測量線圈之中的至少一個測量線圈121、129的位置處最小。在本發明的說明書中，激勵模塊用於開啟並為發射線圈提供交變電流，以產生初級磁場。能夠理解，所述多個發射線圈和所述多個測量線圈能夠被布置成不同的陣列。有利的是，將所述多個發射線圈和所述多個測量線圈布置成環形陣列。具體而言， 所述多個發射線圈和所述多個測量線圈能夠成對布置，且設置為圍繞管狀容器100的內壁。將發射線圈和測量線圈布置成環形陣列的一個優點在於，由於線圈的對稱性，易於選擇要激勵的發射線圈對。在另一實施例中，可以以類似的方式選擇並激勵第二對發射線圈102、115，以便產生在測量線圈121和129的位置處最小的初級磁場。能夠理解的是，能夠以順序的方式或同時地激勵第一對發射線圈和第二對發射線圈。表1給出了當線圈布置包含16個發射線圈和16個測量線圈時，進行激勵的示例性線圈組合，並且發射線圈和測量線圈被布置成環形陣列。在該表中，Lei、Le2表示發射線圈， LmU Lm2表示測量線圈。
Lm2
LelLe2Lml Lm2LelLe2LmlLm2LelLe2Lml2161 9312104233151 94162105134141 951521061635131 961421071536121 971321081437111 981221091338101 991121010123通過以順序的方式或者以組合的方式選擇並激勵不同的發射線圈對，能夠獲得多個測量數據用以進行圖像重建。圖2示出了根據本發明的初級磁場的示意圖。參考圖2，該線圈布置包括16對發射線圈和測量線圈，它們被布置成環形陣列，且設置為圍繞管狀容器100的內壁。在圖2中，在X/Y對中，數字X表示發射線圈，數字Y表示測量線圈。當通過提供具有相同幅度和相反方向的交變電流來同時激勵發射線圈102和116 時，發射線圈102和116所產生的磁場相對於斷層成像壁的法線具有相反的場方向。虛線所示出的曲線表示初級磁通量分布，箭頭A和B表示磁通量的方向，黑色的橢圓表示結果產生的初級磁通量消失為0的區域。從圖2中可以觀察到，測量線圈121相鄰於發射線圈102和116並且在發射線圈
5102與106之間，而測量線圈1 距離發射線圈102和116最遠。然而，根據本發明所提供的激勵方案，對於完美對稱的線圈布置和介質而言，在測量線圈121和129的位置處，結果得到的磁通量(即初級磁場)理論上為0。在實踐中，結果得到的磁通量可能會大於零，但是不會像在常規磁感應斷層成像裝置中使用一個線圈進行激勵的情況中那麼大，從而減小了對於測量線圈的動態範圍的需求。圖3是根據本發明的方法的流程圖。根據本發明，該方法包括步驟310，選擇並激勵多個發射線圈101、102、103、…、 116之中的第一對發射線圈102、116 ；步驟320，用第一對發射線圈102、116產生要施加到感興趣對象上的初級磁場；步驟330，用至少一個測量線圈121、1四測量由次級磁場所感生的電信號以便進行圖像重建，所述次級磁場由所述感興趣對象響應於初級磁場而產生。在一個實施例中，該方法還包括步驟340 選擇並激勵所述多個發射線圈之中的第二對發射線圈103、115，其中，以這樣的方式來選擇並激勵所述第二對發射線圈S卩，使得由第二對發射線圈所產生的初級磁場在至少一個第一測量線圈121、129的位置處最小。 有利的是，所述選擇由電腦程式來實現。在一個實施例中，通過同時為第一對發射線圈或第二對發射線圈中的每個線圈提供具有相等幅度和相反方向的交變電流，來激勵第一對發射線圈或第二對發射線圈。這樣， 由第一對發射線圈和/或第二對發射線圈所產生的初級磁場在所述至少一個測量線圈的位置處在理論上為0。在一個實施例中，該方法還包括步驟將所述多個發射線圈和所述多個測量線圈布置成環形陣列，這使得由於線圈布置的對稱性而易於選擇發射線圈和測量線圈。有利的是，所述多個發射線圈和所述多個測量線圈成對布置，且設置為圍繞管狀容器100的內壁。應該注意，以上實施例用於說明本發明而不是對本發明進行限定，本領域普通技術人員在不脫離所附權利要求的範圍的情況下能夠設計多個可替換實施例。在權利要求中，括號內的任何參考標記都不應解釋為限定權利要求。詞語「包括」並不排除權利要求或說明書中沒有列出的元件和步驟的存在。在元件之前的詞語「一個」並不排除存在多個這種元件。在列舉了幾個單元的設備權利要求中，這些單元中的幾個單元能夠用同一硬體或軟體來實現。詞語第一、第二和第三等等的使用並不表示任何次序。這些詞語應該解釋為名稱。
權利要求
1.一種用於重建感興趣對象的圖像的裝置，其包括多個發射線圈(102、103、115、116)，用於產生初級磁場；多個測量線圈(121、122、129、136)；以及用於選擇並激勵所述多個發射線圈之中的第一對發射線圈(102、116)的模塊(150)，其中，以這樣的方式來選擇並激勵所述第一對發射線圈(102、116)即，使得由所述第一對發射線圈所產生的初級磁場在所述多個測量線圈之中的至少一個測量線圈(121、129) 的位置處最小。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述模塊(150)進一步被布置為選擇並激勵所述多個發射線圈之中的第二對發射線圈(103、115)，並且以這樣的方式來選擇並激勵所述第二對發射線圈即，使得由所述第二對發射線圈所產生的初級磁場在所述至少一個第一測量線圈(121、129)的位置處最小。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，通過同時為所述第一對發射線圈或所述第二對發射線圈中的每個線圈提供具有相等幅度和相反方向的交變電流，來激勵所述第一對發射線圈或所述第二對發射線圈。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，將所述多個發射線圈和所述多個測量線圈布置成環形陣列。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述多個發射線圈和所述多個測量線圈成對布置， 且設置為圍繞管狀容器(100)的內壁。
6.一種用於重建感興趣對象的圖像的方法，其包括以下步驟選擇並激勵(310)多個發射線圈之中的第一對發射線圈；用所述第一對發射線圈產生(320)要施加到所述感興趣對象上的初級磁場；以及用至少一個測量線圈測量(330)由次級磁場所感生的電信號，以便進行圖像重建，所述次級磁場由所述感興趣對象響應於所述初級磁場而產生，其中，以這樣的方式來選擇並激勵所述第一對發射線圈即，使得由所述第一對發射線圈所產生的初級磁場在所述至少一個測量線圈的位置處最小。
7.如權利要求6所述的方法，還包括步驟(340)選擇並激勵所述多個發射線圈之中的第二對發射線圈，其中，以這樣的方式來選擇並激勵所述第二對發射線圈即，使得由所述第二對發射線圈所產生的初級磁場在所述至少一個第一測量線圈的位置處最小。
8.如權利要求7所述的方法，其中，通過同時為所述第一對發射線圈或所述第二對發射線圈中的每個線圈提供具有相等幅度和相反方向的交變電流，來激勵所述第一對發射線圈或所述第二對發射線圈。
9.如權利要求6所述的方法，還包括步驟將所述多個發射線圈和所述多個測量線圈布置成環形陣列。
10.如權利要求9所述的方法，還包括步驟將所述多個發射線圈和所述多個測量線圈成對布置且圍繞管狀容器的內壁。
全文摘要
本發明涉及用於重建感興趣對象的圖像的方法和裝置。根據本發明，該裝置包括多個發射線圈(102、103、115、116)，用於產生初級磁場；多個測量線圈(121、122、129、136)；以及用於選擇並激勵在所述多個發射線圈之中的第一對發射線圈(102、116)的模塊(150)，其中，以這樣的方式來選擇並激勵所述第一對發射線圈(102、116)即，使得由所述第一對發射線圈所產生的初級磁場在所述多個測量線圈(121、129)之中的至少一個測量線圈的位置處最小。通過使得初級磁場在測量線圈的位置處最小，該裝置能夠減小測量線圈的動態範圍，從而簡化了磁感應斷層成像系統的硬體設計。
文檔編號A61B5/05GK102316796SQ201080007443
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月1日 優先權日2009年2月13日
發明者C·H·伊格尼, K-M·呂德克, M·哈姆施, P·馬祖爾凱維特茲 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司