CN102271577A

CN102271577A - 用于磁感应断层成像的方法和系统

Info

Publication number: CN102271577A
Application number: CN2009801534018A
Authority: CN
Inventors: H.刘; 谌达宇
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-12-07
Also published as: JP2012513811A; US20110282609A1; EP2384139A1; WO2010076719A1

Abstract

本发明涉及一种用于估计感兴趣目标（101）的图像重建中的伪像的方法和设备。本发明的设备包括：线圈装置（105），其包括用于产生要施加到感兴趣目标（101）的初级磁场的至少一个发射线圈（109，109’）以及用于测量由次级磁场感应的电信号的至少一个测量线圈（110，110’），所述次级磁场由感兴趣目标响应于初级磁场而产生；运动感测构件（112，114，112’，114’；312，314，312’，314’），其用于感测感兴趣目标（101）与线圈装置（105）之间的相对运动并且在发生相对运动时产生触发信号；以及处理器（125），其用于响应于触发信号基于相对运动之前和之后测量的电信号而计算感兴趣目标的电导率分布的变化，所述电导率分布的变化代表相对运动造成的伪像。

Description

用于磁感应断层成像的方法和系统

技术领域

本发明涉及磁感应断层成像，尤其是涉及用于通过估计和移除伪像（artifact）而改进磁感应断层成像的成像质量的方法和系统。

背景技术

磁感应断层成像（MIT）是具有工业和医疗成像应用的非侵入式和无接触成像技术。与其他电成像技术形成对照的是，MIT无需传感器与用于成像的感兴趣目标直接接触。MIT用来重建感兴趣目标内部的无源电特性（例如电导率σ）的空间分布。

现有技术专利申请WO2007072343公开了一种用于研究目标的电磁特性的磁感应断层成像系统。该系统包括：适于产生初级磁场的一个或多个发生器线圈，所述初级磁场在目标中感应涡流；适于感测次级磁场的一个或多个传感器线圈，所述次级磁场作为所述涡流的结果而产生；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要研究的目标之间的相对运动的构件。

MIT系统的硬件设计的一个技术挑战涉及移除所述线圈装置与要成像的目标之间的相对运动造成的伪像。在医疗应用中，大多数组织具有低的电导率并且因而给出小的电子信号，例如，由于次级磁场而引起的感测的磁场中的相位变化非常小，通常在毫度数量级并且因而难于检测。另一方面，对于诸如长期患者监测之类的医疗应用而言，保持要监测的目标固定不动是不可能的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有改进的成像质量的用于图像重建的设备。

依照本发明的一个方面，提供了一种用于估计感兴趣目标的图像重建中的伪像的设备，所述设备包括：

- 线圈装置，其包括用于产生要施加到感兴趣目标的初级磁场的至少一个发射线圈以及用于测量由次级磁场感应的电信号的至少一个测量线圈，所述次级磁场由感兴趣目标响应于初级磁场而产生；

- 运动感测构件，其用于感测感兴趣目标与线圈装置之间的相对运动并且在发生相对运动时产生触发信号；以及

- 处理器，其用于响应于触发信号基于相对运动之前和之后测量的电信号而计算感兴趣目标的电导率分布的变化，所述电导率分布的变化代表相对运动造成的伪像。

通过感测感兴趣目标与线圈装置之间的相对运动并且计算相对运动造成的信号差异以用于图像重建，可以大大地减少相对运动造成的伪像。

在一个实施例中，运动感测构件包括用于产生磁场的至少一个磁体以及用于感测所述至少一个磁体的运动造成的磁场变化的至少一个巨磁阻传感器，所述至少一个磁体附接到感兴趣目标并且所述至少一个巨磁阻传感器附接到线圈装置或者其支撑。

当所述磁体和巨磁阻传感器分别附接到感兴趣目标和线圈装置或其支撑时，可以在不限制感兴趣目标的自由运动的情况下感测感兴趣目标与线圈装置之间的相对运动。

在另一个实施例中，所述设备进一步包括用于测量线圈装置中的温度漂移的至少一个温度传感器，其中所述处理器进一步被设置用于基于该温度漂移估计测量的电信号的信号漂移，并且基于该信号漂移计算感兴趣目标的电导率分布的附加变化，所述电导率分布的附加变化代表温度漂移造成的伪像。

通过测量温度漂移并且估计测量中的相应信号漂移，可以减少温度漂移造成的伪像，从而导致改进的成像质量。

依照本发明的一个方面，提供了一种估计感兴趣目标的图像重建中的伪像的方法，该方法包括以下步骤：

- 通过至少一个发射线圈产生要施加到感兴趣目标的初级磁场；

- 通过至少一个测量线圈测量由次级磁场感应的电信号，所述次级磁场由感兴趣目标响应于初级磁场而产生；

- 感测感兴趣目标与线圈装置之间的相对运动，该线圈装置包括所述至少一个发射线圈和所述至少一个测量线圈；

- 在发生相对运动时产生触发信号；以及

- 响应于触发信号基于相对运动之前和之后测量的电信号而计算感兴趣目标的电导率分布的变化，所述电导率分布的变化代表相对运动造成的伪像。

在下文中，给出本发明的详细解释和其他方面。

附图说明

根据以下结合附图考虑的详细描述，本发明的上述和其他目的和特征将变得更加清楚明白，在附图中：

图1示出了依照本发明的用于估计图像重建中的伪像的设备的第一实施例；

图2(a)和图2(b)示出了实验中获得的相对运动与测量的电信号之间的关系；

图3示出了依照本发明的用于估计图像重建中的伪像的设备的第二实施例；

图4示出了依照本发明的用于估计图像重建中的伪像的设备的第三实施例；

图5(a)和图5(b)示出了开放实验室环境中的热漂移与测量的信号之间的关系；

图6(a)和图6(b)示出了在外部热干扰的情况下的热漂移与测量的信号之间的关系；

图7为依照本发明的估计图像重建中的伪像的方法的流程图。

在整个附图中，相同的参考标记用来表示相似的部分。

具体实施方式

图1示出了依照本发明的用于估计图像重建中的运动伪像的设备100的第一实施例。

设备100包括线圈装置105，该线圈装置包括用于产生要施加到感兴趣目标101的初级磁场的至少一个发射线圈109、109’。初级磁场在感兴趣目标101中感应出涡流(eddy current)。感兴趣目标101可以是人的头部或者一块导电材料。

线圈装置105进一步包括用于测量次级磁场感应的电信号的至少一个测量线圈110、110’。次级磁场由感兴趣目标响应于初级磁场而产生。特别地，次级磁场由初级磁场感应的感兴趣目标中的涡流产生。

线圈装置105可以位于支撑102上。

设备100进一步包括用于感测感兴趣目标101与线圈装置105之间的相对运动的运动感测构件112、114、112’、114’。运动感测构件在发生相对运动时，例如在感测的相对运动超过预定义范围时产生触发信号。

设备100进一步包括处理器125，该处理器用于响应于触发信号基于相对运动之前和之后测量的电信号而计算感兴趣目标的电导率分布的变化，所述电导率分布的变化代表相对运动造成的伪像。

感兴趣目标的电导率分布的变化的计算遵循图像重建理论，例如该计算可以遵循现有技术文献“Image reconstruction approaches for Philips magnetic induction tomography”, M. Vauhkonen, M. Hamsch and C.H. Igney, ICEBI 2007, IFMBE Proceedings 17, pp. 468–471, 2007中描述的理论。依照以下方程，例如提到的现有技术中的方程（8），电导率分布的变化可以计算为：

Figure 2009801534018100002DEST_PATH_IMAGE002

其中W为权重矩阵，α为正则化参数并且L为正则化矩阵，J为复数雅可比矩阵的虚数部分，ΔV _i为相对运动之前和之后在测量线圈上感应的差值电压。测量的差值电压与电导率分布的变化相应，电导率分布的变化指示相对运动造成的伪像。相对运动造成的电导率分布的变化可以在电导率分布的后续计算中降低，从而移除图像重建中的伪像。

在一个实际的实现方式中，可以根据测量的电压的幅度以及两个测量的电压之间的相位偏移导出差值电压。电导率分布的计算可以有利地借助于计算机程序而实现。

在一个实施例中，所述运动感测构件包括用于产生磁场的至少一个磁体112、112’以及用于感测所述至少一个磁体的运动造成的磁场变化的至少一个巨磁阻传感器114、114’，所述至少一个磁体112、112’附接到感兴趣目标101并且所述至少一个巨磁阻传感器114、114’附接到线圈装置105或者其支撑102。

有利的是，磁体112、112’为NiFeB硬磁体。

图2(a)和图2(b)示出了从实验中获得的相对运动与测量的电信号之间的关系。

参照图2(a)和图2(b)，观察到所测量的测量线圈中感应的电压相位随着感兴趣目标与线圈装置之间的相对运动而变化。在图2(a)中，A表示旋转运动，B表示没有运动，并且C表示横向运动；因此，在图2(b)中可以观察到，与点A和B相应的相位发生变化。然而，相位变化对于相对运动是非线性的，因为由运动造成的人为的电导率变化是非线性的。

图3示出了依照本发明的用于估计图像重建中的伪像的设备的第二实施例。

在该实施例中，相对于图1中所示的实施例的唯一区别是运动感测构件，该构件包括用于产生光束的至少一个光源312、312’以及用于感测所述至少一个光源的运动造成的光束变化的至少一个光学传感器314、314’。所述至少一个光源312、312’附接到感兴趣目标101并且所述至少光学传感器314、314’附接到线圈装置105或者其支撑102。

图4示出了依照本发明的用于估计图像重建中的伪像的设备的第三实施例。

参照图4，该设备进一步包括用于监测系统中的温度漂移的至少一个温度传感器420、420’。有利的是，所述至少一个温度传感器位于靠近线圈装置的位置，优选地位于保持线圈装置的印刷电路板上。

所述处理器进一步被设置用于基于温度漂移估计测量的电信号的信号漂移并且基于该信号漂移计算感兴趣目标的电导率分布的附加变化。信号漂移与电导率分布的附加变化相应，电导率分布的附加变化指示温度漂移造成的伪像。

存在估计测量的电信号的信号漂移的许多方式，例如通过基于热漂移与测量的相位变化之间的已知关系估计测量线圈中感应的电压的相位漂移。这些细节可以在下文中结合图5和图6的考虑进行解释。

图5(a)和图5(b)示出了开放实验室环境中的热漂移与测量的信号之间的关系。

图6(a)和图6(b)示出了在外部热干扰的情况下的热漂移与测量的信号之间的关系。

参照图5和图6观察到，温度变化与相位变化之间的绝对相关系数高达0.97-0.98。一旦热漂移与测量的相位偏移之间的关系已知，则可以基于线性或多项式拟合方法依照热漂移确定相位偏移。

图7为依照本发明的用于估计图像重建中的伪像的方法的流程图。

参照图7，该方法包括通过至少一个发射线圈产生要施加到感兴趣目标的初级磁场的步骤710。该初级磁场在感兴趣目标中感应出涡流。

该方法进一步包括通过至少一个测量线圈测量由次级磁场感应的电信号的步骤720。所述次级磁场由感兴趣目标响应于初级磁场而产生。特别地，该次级磁场由感兴趣目标中的涡流产生。

该方法进一步包括感测感兴趣目标与线圈装置之间的相对运动的步骤730，该线圈装置包括所述至少一个发射线圈和测量线圈。

该方法进一步包括在发生相对运动时产生触发信号的步骤740。

该方法进一步包括响应于触发信号基于相对运动之前和之后测量的电信号而计算感兴趣目标的电导率分布的变化的步骤750。所述电导率分布的变化代表相对运动造成的伪像，并且可以在感兴趣目标的重建图像中降低，从而导致改进的图像重建质量。

在一个实施例中，感测步骤730包括通过至少一个磁体产生磁场的子步骤以及通过至少一个巨磁阻传感器感测所述至少一个磁体的相对运动造成的磁场变化的子步骤。

有利的是，所述至少一个磁体为NiFeB硬磁体，并且所述至少一个磁体附接到感兴趣目标，所述至少一个巨磁阻传感器附接到线圈装置或者保持线圈装置的支撑。

在另一个实施例中，感测步骤730包括通过至少一个光源产生光束的子步骤以及感测所述至少一个光源的相对运动造成的光束变化的子步骤。

有利的是，所述至少一个光源附接到感兴趣目标并且所述至少光学传感器附接到线圈装置或者其支撑。

在另一个另外的实施例中，所述方法进一步包括步骤：测量线圈装置中的温度漂移，基于该温度漂移估计测量的电信号的信号漂移；以及基于该信号漂移计算感兴趣目标的电导率分布的附加变化。

所述电导率分布的附加变化代表温度漂移造成的伪像，并且可以在感兴趣目标的重建图像中降低，从而导致进一步改进的图像重建质量。

应当指出的是，上述实施例说明了而不是限制了本发明，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下将能够设计出可替换的实施例。在权利要求书中，置于括号之间的任何参考标记都不应当被视为限制了权利要求。动词“包括/包含”并没有排除存在权利要求中或者说明书中未列出的元件或步骤。元件之前的措词“一”或“一个”并没有排除存在多个这样的元件。在列举了若干单元的设备权利要求中，这些单元中的一些可以由同一硬件或软件项实施。措词第一、第二和第三等等的使用并不表示任何排序。这些措词应当解释为命名。

Claims

1. 一种用于估计感兴趣目标（101）的图像重建中的伪像的设备，所述设备包括：

- 线圈装置（105），其包括用于产生要施加到感兴趣目标（101）的初级磁场的至少一个发射线圈（109，109’）以及用于测量由次级磁场感应的电信号的至少一个测量线圈（110，110’），所述次级磁场由感兴趣目标响应于初级磁场而产生；

- 运动感测构件（112，114，112’，114’；312，314，312’，314’），其用于感测感兴趣目标（101）与线圈装置（105）之间的相对运动并且在发生相对运动时产生触发信号；以及

- 处理器（125），其用于响应于触发信号基于相对运动之前和之后测量的电信号而计算感兴趣目标的电导率分布的变化，所述电导率分布的变化代表相对运动造成的伪像。

2. 如权利要求1所述的设备，其中所述运动感测构件包括用于产生磁场的至少一个磁体（112，112’）以及用于感测所述至少一个磁体的相对运动造成的磁场变化的至少一个巨磁阻传感器（114，114’），所述至少一个磁体（112，112’）附接到感兴趣目标（101）并且所述至少一个巨磁阻传感器（114，114’）附接到线圈装置（105）或者其支撑（102）。

3. 如权利要求2所述的设备，其中所述至少一个磁体（112，112’）为NiFeB硬磁体。

4. 如权利要求1所述的设备，其中所述运动感测构件包括用于产生光束的至少一个光源（312、312’）以及用于感测所述至少一个光源的相对运动造成的光束变化的至少一个光学传感器（314、314’），所述至少一个光源（312、312’）附接到感兴趣目标（101）并且所述至少光学传感器（314、314’）附接到线圈装置（105）或者其支撑（102）。

5. 如权利要求1所述的设备，进一步包括：

- 用于测量线圈装置中的温度漂移的至少一个温度传感器（420，420’）；

其中处理器（125）进一步被设置用于基于该温度漂移估计测量的电信号的信号漂移，并且基于该信号漂移计算感兴趣目标的电导率分布的附加变化，所述电导率分布的附加变化代表温度漂移造成的伪像。

6. 一种估计感兴趣目标的图像重建中的伪像的方法，该方法包括以下步骤：

- 通过至少一个发射线圈产生（710）要施加到感兴趣目标的初级磁场；

- 通过至少一个测量线圈测量（720）由次级磁场感应的电信号，所述次级磁场由感兴趣目标响应于初级磁场而产生；

- 感测（730）感兴趣目标与线圈装置之间的相对运动，该线圈装置包括所述至少一个发射线圈和测量线圈；

- 在发生相对运动时产生（740）触发信号；以及

- 响应于触发信号基于相对运动之前和之后测量的电信号而计算（750）感兴趣目标的电导率分布的变化，所述电导率分布的变化代表相对运动造成的伪像。

7. 如权利要求6所述的设备，其中感测步骤（730）包括：

- 通过至少一个磁体产生磁场；以及

- 通过至少一个巨磁阻传感器感测所述至少一个磁体的相对运动造成的磁场变化，

其中所述至少一个磁体附接到感兴趣目标并且所述至少一个巨磁阻传感器附接到线圈装置或者其支撑。

8. 如权利要求7所述的方法，其中所述至少一个磁体为NiFeB硬磁体。

9. 如权利要求6所述的方法，进一步包括：

- 通过至少一个光源产生光束；以及

- 感测所述至少一个光源的相对运动造成的光束变化，

其中所述至少一个光源附接到感兴趣目标并且所述至少一个光学传感器附接到线圈装置或者其支撑。

10. 如权利要求6所述的方法，进一步包括步骤：

- 测量线圈装置中的温度漂移；

- 基于该温度漂移估计测量的电信号的信号漂移；以及

- 基于该信号漂移计算感兴趣目标的电导率分布的附加变化，所述电导率分布的附加变化代表温度漂移造成的伪像。