CN102123662A

CN102123662A - 用于磁感应断层成像的方法和设备

Info

Publication number: CN102123662A
Application number: CN2009801321986A
Authority: CN
Inventors: M.J.沃科南; C.H.伊格尼; M.哈姆施; R.平特
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-07-13
Also published as: JP2012500080A; EP2341827A1; US20110133731A1; RU2011110377A; WO2010020902A1

Abstract

本发明涉及用于磁感应断层成像的方法和设备。该设备包含：用于生成主磁场的发射线圈装置，该主磁场在关注对象中感应形成涡流电流；以及用于测量由该涡流电流生成的次磁场从而生成用于该关注对象的图像重构的一组测量数据的测量线圈装置，其中该发射线圈装置至少包含旨在用于传送沿同一方向流动的基本电流且沿着公共轴对称地定位的一对发射线圈，并且该测量线圈装置至少包含被连接且沿着该轴对称地定位的一对测量线圈。在一实施例中，这对发射线圈和这对测量线圈分别为亥姆霍兹线圈。

Description

用于磁感应断层成像的方法和设备

技术领域

本发明涉及磁感应断层成像，特别是涉及用于磁感应断层成像扫描器的特定线圈装置。

背景技术

磁感应断层成像（MIT）是一种应用于工业和医学成像的非侵入且无接触的成像技术。与其它电学成像技术对比，MIT不要求传感器与关注对象直接接触来进行成像。

MIT被用于重构关注对象内部的无源电学属性的空间分布，该无源电学属性为例如电导率σ、电容率ε和磁导率μ。在MIT中，通常介于几kHz直至若干MHz的正弦电流被应用到发射线圈，生成时变磁场。该磁场通常称为主磁场。由于关注对象（例如生物组织）导电，该主磁场在关注对象中产生涡流电流。这些涡流电流生成次磁场。这些磁场的组合在接收线圈中感应形成电压。使用若干发射线圈并重复这些测量，得到多组测量数据并将其用于使该对象的电磁属性随时间的变化可视化。MIT对所有三种无源电磁属性（电导率、电容率和磁导率）是敏感的。结果，例如，关注对象中的电导率贡献可以被重构。具体而言，MIT适合于检查生物组织，因为这种组织的磁导率值μ_R≈1。

现有技术专利申请WO2007072343公开了一种用于研究对象的电磁属性的磁感应断层成像系统。该系统包含：调适为生成主磁场的一个或多个发生器线圈，所述主磁场在该对象中感应形成涡流电流；调适为感测次磁场的一个或多个传感器线圈，所述次磁场是作为所述涡流电流的结果而产生的；以及用于提供一方面的一个或多个发生器线圈和/或一个或多个传感器线圈与另一方面的待研究对象之间的相对运动的装置。

然而，利用已有的MIT技术，关注对象的中心中的灵敏度不是非常良好。这是因为这样的事实，发射线圈和用于检测的测量线圈定位在关注对象周围，而磁场没有被聚焦在关注对象的中心，且因此对象表面附近的灵敏度高于对象的中心中的灵敏度。当关于对象的中心部分的信息受关注时，这就成为问题。

发明内容

依照本发明的一个实施例，提供了一种提高关注对象的中心部分中MIT的灵敏度的设备。该设备包含：

用于生成主磁场的发射线圈装置，该主磁场在关注对象中感应形成涡流电流；以及

用于测量由该涡流电流生成的次磁场从而生成用于该关注对象的图像重构的一组测量数据的测量线圈装置；

其中该发射线圈装置至少包含传送沿同一方向流动的基本上相等的电流且沿着公共轴对称地定位的一对发射线圈，以及其中该测量线圈装置至少包含被连接且沿着该轴对称地定位的一对测量线圈。

有利的是，这对发射线圈和这对测量线圈分别为亥姆霍兹（Helmholtz）线圈。

通过利用亥姆霍兹线圈或者布置成基本上接近亥姆霍兹线圈的线圈替代传统的发射线圈和测量线圈，可以实现该关注对象内部的相当均匀但是仍然局域化的灵敏度分布。

另外有利的是，这对发射线圈和这对测量线圈沿着该轴布置。这对发射线圈和这对测量线圈之间的距离被确定为使得由这对发射线圈产生的该关注对象中的涡流电流的最大电流密度和这对测量线圈的最大灵敏度的分布交叠。

通过将涡流电流的最大电流密度与这对测量线圈的最大灵敏度的分布交叠，关注对象的中心中的灵敏度被最大化。

依照本发明的另一实施例，本发明还提供一种提高关注对象的中心部分中MIT的灵敏度的方法。该方法包含下述步骤：

通过发射线圈装置生成主磁场，该发射线圈装置至少包含传送沿同一方向流动的基本上相等的电流且沿着公共轴对称地定位的一对发射线圈，该主磁场在关注对象中感应形成涡流电流；以及

测量由该涡流电流生成的次磁场，从而生成用于该关注对象的图像重构的一组测量数据，该测量线圈装置至少包含被连接且沿着该轴对称地定位的一对测量线圈。

下面将给出本发明的详细解释以及其它方面。

附图说明

通过结合附图考虑的下述详细描述，本发明的上述和其它目的及特征将变得更见清楚明显，在附图中：

图1描绘依照本发明的设备的示例性实施例。

图2a和2b描绘由依照本发明的发射线圈生成的涡流电流的电流密度的分布。

图3a和3b描绘依照本发明的测量线圈的灵敏度的分布。

图4a、4b、4c和4d描绘如何定位依照本发明的发射线圈和测量线圈。

图5a和5b描绘依照本发明的具有用于测量的结果灵敏度线的线圈装置。

图6a和6b描绘如何依照本发明获得多组测量结果。

图7描绘依照本发明的设备的示例性实施例。

图8a和8b另外描绘依照本发明的设备的另一示例性实施例。

图9描绘依照本发明的方法的流程图。

在所有的附图中，相同的参考数字用于表示相似的部件。

具体实施方式

图1描绘依照本发明的设备的示例性实施例。

依照本发明，设备100包含发射线圈装置，该发射线圈装置包含沿着公共轴A对称地定位的一对发射线圈112、114，例如这两个发射线圈置于关注对象101的两侧。关注对象101为待测量的对象，例如人的头部或者任何其它导电材料。

发射线圈112、114旨在用于传送沿同一方向流动的基本上相等的电流，从而生成主磁场。如图1所示，这对发射线圈112和114被提供激励信号（例如，由源130生成的交变电流）用于生成主磁场。主磁场在关注对象101中感应形成涡流电流。该涡流电流生成交变磁场，该交变磁场称为次磁场。

在一实施例中，这对发射线圈112、114可以被连接以保证电流是基本上相等的且沿同一方向流动。

该设备还包含测量线圈装置，该测量线圈装置包含被连接的一对测量线圈122、124。与发射线圈相似，这两个测量线圈沿着轴A对称地定位。

测量线圈122、124布置成用于测量由次磁场感应形成的信号，从而生成用于图像重构的一组测量数据。由于次磁场是由涡流电流生成的，该次磁场携带关于关注对象的内部的信息，例如，人头部的组织或者任何其它导电材料的电导率分布。

由次磁场感应形成的信号为感应电压。由于由次磁场感应形成的电压相对于由主磁场感应形成的电压非常小，在强背景磁场的情况下直接提取由次磁场感应形成的电压是困难的。

在现有技术文件中讨论的许多测量技术中，一种方法是测量与基准测量结果相比的电压变化。所测量的电压变化表示由涡流电流生成的次磁场的变化且因此可以用于差分成像从而使关注对象中的电导率分布的变化可视化。

该设备还包含用于基于这组测量数据来重构图像的处理器140。图像重构可遵从在现有技术文件“Image reconstruction approaches for Philips magnetic induction tomography”，M. Vauhkonen, M. Hamsch和C.H. Igney，ICEBI 2007，IFMBE Proceedings 17，pp. 468-471, 2007中描述的电导率计算和图像重构的方法。图像重构（例如，关注对象中的电导率分布的计算）可以有利地由嵌在处理器中的软件程序来实施。

有利的是，这对发射线圈112、114和这对测量线圈122、124分别为亥姆霍兹线圈。

公知的是，亥姆霍兹线圈由两个相同的圆形磁性线圈组成，这两个磁性线圈沿着公共轴对称地在实验区域（即关注对象）的每侧各安置一个并且分隔距离h等于线圈的半径R。每个线圈传送沿同一方向流动的相等的电流。可选地，该亥姆霍兹线圈可以被电学连接，使得它们的电流沿同一方向流动（该连接可以或者是串联，或者是并联）。

应注意，本发明中的图1和其它附图中描绘的关注对象的尺寸和形状仅仅是用于描述的目的，并且可以针对不同应用而调适到任何尺寸和/或形状。

图2a和2b描绘由依照本发明的发射线圈生成的涡流电流的电流密度的分布。图2a示出侧视图且图2b示出俯视图。

用作发射线圈的一对圆形线圈112、114（亥姆霍兹线圈）沿着轴A对称地定位，例如置于关注对象101的两侧，假设关注对象101为具有恒定电导率的均匀组织块。当这两个发射线圈被供给沿同一方向流动的基本上相等的电流时，在关注对象中生成两个薄的线性区域，该线性区域代表由发射线圈产生的涡流电流的最大电流密度。线性区域穿过位于线圈之间的对象101并且用线201、202表示。

图3a和3b描绘依照本发明的测量线圈的灵敏度的分布。图3a示出侧视图且图3b示出俯视图。

用作测量线圈的一对圆形线圈122、124（亥姆霍兹线圈）沿着轴A对称地定位，例如，它们置于组织块的两侧。形成由线305、306表示的线性区域，该线性区域代表测量线圈的最大灵敏度区域，例如，测量线圈在沿着线305、306的该区域中具有高的灵敏度。

图4a、4b、4c和4d描绘如何定位依照本发明的发射线圈和测量线圈。图4a和4c为侧视图且图4b和4d为俯视图。

如图4a和4b所示，用于发射的亥姆霍兹线圈112、114和用于测量的亥姆霍兹线圈122、124沿着轴A定位，例如，并排地定位在关注对象的两侧。相应地，生成由发射线圈112、114产生的涡流电流的最大电流密度的分布并且其用两条线401、402表示，且同时，形成用两条线405、406表示的该测量线圈的最大灵敏度的分布。

当发射线圈112、114和测量线圈122、124例如如图4a所示沿箭头方向沿着轴A向内放置时，由线402和405表示的线性区域交叠且合并成一条线408，如图4c和4d所示。这对发射线圈和这对测量线圈之间的距离因而被确定为使得由这对发射线圈112、114生成的关注对象中的涡流电流的最大电流密度的分布与我们预期的这对测量线圈122、124的最大灵敏度的分布具有交叠区域。

图5a和5b描绘具有用于测量的结果灵敏度线的线圈装置。图5a为侧视图且图5b为俯视图。

仅仅存在一个线性区域，例如，线508，其代表测量线圈的预期最大灵敏度与由发射线圈产生的涡流电流的最大电流密度的交叠，且因而对于有效地测量由涡流电流生成的次磁场是重要的。因此对于测量而言，测量数据主要包含来自该区域的信号的信息。

图6描绘依照本发明获得多组测量结果的实施例。图6a为侧视图且图6b为俯视图。

如图6a和6b所示，该线圈装置在由608表示的区域中具有最大灵敏度分布。当提供线圈装置（112、114、122、124）和关注对象101之间的相对运动时，例如，使对象沿着箭头610相对于线圈装置旋转时，可以收集用于图像重构的多组测量数据。

本领域技术人员还理解，依照本发明的设备可包含用于提供线圈装置和关注对象之间的这种相对运动的装置（图中未示出）。

本领域技术人员理解，发射装置和/或测量装置可包含多个亥姆霍兹线圈以使测量过程加速。

图7描绘包含依照本发明的设备的扫描器的示例性实施例。

如图7所示，在区域708中具有最大灵敏度分布的线圈装置被结合在用于扫描对象（例如，机场中的行李）的扫描器中。行李702置于传送带701上。当行李沿着传送带运动并经过区域708时，扫描器生成用于图像重构的一组测量数据，从而确定行李702是否包含具有特定电导率的对象。图8a和8b描绘包含依照本发明的设备的扫描器的另一示例性实施例。图8a为侧视图且图8b为俯视图。

如图8a和8b所示，在区域808具有最大灵敏度分布的线圈装置与扫描器802结合，该扫描器802成形为桶状且液体可以沿着方向803穿过该扫描器。当液体穿过区域808时，可以收集一组测量数据用于检查液体的电导率。

本领域技术人员理解，图7和图8a/8b中描述的扫描器可以具有用于扫描对象/液体或者测试所扫描对象/液体中的电导率的不同应用。

图9描绘依照本发明的方法的流程图。

依照本发明，磁感应断层成像的方法包含通过提供激励信号到发射线圈装置来生成主磁场的步骤910。发射线圈装置包含旨在用于传送沿同一方向流动的基本上相等的电流的一对发射线圈112、114。两个发射线圈沿着公共轴A对称地定位。主磁场在关注对象中感应形成涡流电流，该涡流电流生成次磁场。

该方法还包含通过使用测量线圈装置来测量由次磁场感应形成的信号从而生成一组测量数据的步骤920。该测量线圈装置包含一对测量线圈122、124，这对测量线圈被连接并且沿着轴A对称地定位。在一实施例中，这对发射线圈112、114和这对测量线圈122、124分别为亥姆霍兹线圈。

该方法还包含：步骤930，基于在步骤920中获得的这组测量数据，重构代表关注对象的电导率分布的图像。

有利的是，该方法还包含：步骤902，沿着轴A定位这对发射线圈和这对测量线圈，以及步骤905，确定这对发射线圈和这对测量线圈之间的距离，使得由这对发射线圈生成的关注对象中的涡流电流的最大电流密度的分布和这对测量线圈的最大灵敏度的分布具有交叠区域。

有利的是，该方法还包含：步骤925，提供线圈装置和关注对象之间的相对运动从而收集用于图像重构的多组测量数据。

应注意，上述实施例说明而非限制本发明且本领域技术人员将能够设计许多可替换实施例而不背离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何参考符号不应解读为限制权利要求。动词“包含”及其变型的使用不排除在权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。在元件之前使用不定冠词“一”或“一个”不排除存在多个这种元件。本发明可以借助包含若干不同元件的硬件以及借助适当编程的计算机来实施。在罗列若干单元的设备权利要求中，这些单元的若干个可以由一项且同一项的硬件或软件来实施。措词“第一”、“第二”和“第三”等的使用不表示任何顺序。这些措词被理解为名称。

Claims

1. 一种用于磁感应断层成像的设备，包含：

用于生成主磁场的发射线圈装置（112、114），该主磁场在关注对象中感应形成涡流电流；以及

用于测量由该涡流电流生成的次磁场从而生成用于该关注对象的图像重构的一组测量数据的测量线圈装置（122、124）；

其中该发射线圈装置至少包含旨在用于传送沿同一方向流动的基本上相等的电流且沿着公共轴（A）对称地定位的一对发射线圈（112、114），以及其中该测量线圈装置至少包含被连接且沿着该轴（A）对称地定位的一对测量线圈（122、124）。

2. 如权利要求1所述的设备，其中这对发射线圈（112、114）和这对测量线圈（122、124）分别为亥姆霍兹线圈。

3. 如权利要求1或2所述的设备，其中这对发射线圈（112、114）和这对测量线圈（122、124）沿着该轴（A）布置。

4. 如权利要求3所述的设备，其中这对发射线圈（112、114）和这对测量线圈（122、124）之间的距离被确定为使得由这对发射线圈产生的该关注对象中的涡流电流的最大电流密度的分布和这对测量线圈的最大灵敏度的分布具有交叠区域。

5. 如权利要求4所述的设备，其中该交叠区域的位置位于这对发射线圈（112、114）和这对测量线圈（122、124）之间。

6. 如权利要求5所述的设备，还包含：

用于提供该线圈装置和该关注对象之间的相对运动从而收集用于图像重构的多组测量数据的装置，以及

用于基于这（些）组测量数据重构该关注对象的图像的处理器。

7. 一种磁感应断层成像扫描器，包含如权利要求1至6所述的设备。

8. 一种磁感应断层成像的方法，包含下述步骤：

通过发射线圈装置生成（910）主磁场，该发射线圈装置至少包含旨在用于传送沿同一方向流动的基本上相等的电流且沿着公共轴（A）对称地定位的一对发射线圈（112、114），该主磁场在关注对象中感应形成涡流电流；以及

测量（920）由该涡流电流生成的次磁场，从而生成用于该关注对象的图像重构的一组测量数据，该测量线圈装置至少包含被连接且沿着该轴（A）对称地定位的一对测量线圈（122、124）。

9. 如权利要求8所述的方法，其中这对发射线圈（112、114）和这对测量线圈（122、124）分别为亥姆霍兹线圈。

10. 如权利要求8或9所述的方法，还包含步骤（902）：沿着该轴定位这对发射线圈（112、114）和这对测量线圈（122、124）。

11. 如权利要求10所述的方法，还包含步骤（905）：确定这对发射线圈（112、114）和这对测量线圈（122、124）之间的距离，使得由这对发射线圈生成的该关注对象中的涡流电流的最大电流密度的分布和这对测量线圈的最大灵敏度的分布具有交叠区域。

12. 如权利要求11所述的方法，还包含步骤（925）：提供该线圈装置和该关注对象之间的相对运动从而收集用于图像重构的多组测量数据。

13. 如权利要求12所述的方法，还包含步骤（930）：基于这（些）组测量数据，重构该关注对象的图像。