CN102378597A - 具有线圈配置的磁感应断层成像系统 - Google Patents

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Abstract

一种磁阻抗断层成像系统，包括激励系统，其具有若干激励线圈以产生用于在检查体积中感应涡电流的激励磁场。例如，采用螺线管配置或者例如亥姆霍兹配置的平行线圈。另外，提供一种测量系统，其具有若干测量线圈以测量由感应的涡电流产生的场。该测量线圈以体积(3D)几何布置布置。单独的测量线圈基本横向于激励线圈的激励磁场的场线而定向。重建器从所述测量系统接收测量数据并根据该测量数据重建感兴趣体积中的对象的图像。

Description

具有线圈配置的磁感应断层成像系统
技术领域
本发明关于一种具有激励线圈系统和测量线圈系统的磁阻抗断层成像(MIT)系统。该激励线圈和测量线圈放置在感兴趣体积(VOI)的周围。一般来说，当激励线圈被激活时，在VOI内的导电对象中产生涡电流。通过测量线圈测量由这些涡电流产生的磁场。可从所获取的测量数据重建对象的导电特性(例如以图像为形式)。
背景技术
美国专利申请US2008/0246472中提到了这样一种磁阻抗断层成像系统，其作为用于电感测量导电组织的生物阻抗的系统。
在已知的磁阻抗断层成像系统中，提供了一种发电机线圈，用于产生穿过导电材料(例如组织)的主磁场。该通量在组织中感生出涡电流。单个传感线圈测量由该感应的涡电流产生的次磁场。该发电机线圈与传感线圈垂直定向。在这种方式中，没有来自发电机线圈的净通量通过传感线圈。已知的磁阻抗断层成像系统包括额外的匀场线圈，用于抵消传感线圈中的主磁场。从而传感线圈仅感测次磁场。
发明内容
本发明的一个目标在于提供一种具有改善的图像质量的磁阻抗断层成像系统，尤其用于有体积的对象。
通过本发明的磁阻抗断层成像系统达到该目的，该系统包括：
-激励系统，其具有若干激励线圈以产生用于在检查体积中感应涡电流的激励磁场，
-测量系统，其具有若干测量线圈以测量由感应的涡电流产生的场，
-测量线圈，其以体积(3D)几何布置布置，以及
-单独的测量线圈，其基本横向于激励线圈的激励磁场的场线而定向，以及
-重建器，其从所述测量系统接收测量数据并根据测量数据重建感兴趣体积中的对象的图像。
所述测量线圈以3D体积布置布置，使得测量线圈围绕或部分包围有体积的检查区域。因而，有体积的对象，例如待检查的患者的头可放置在有体积的区域中并且可测量对象中感应的涡电流。对各个测量线圈的测量可以同时进行，即并行进行，从而只需要几秒或更少的短测量时间从VOI内的有体积的对象获得数据。可替换地，激励线圈可顺序地被驱动，因为在检查体积(examinationvolume)周围不同(例如相对)位置处的线圈组(例如线圈对)被激活。当进行了包含独立信息的较大数目的测量时，重建图像的质量得以改善，这归因于总测量信息的较高容量，并且因而还归因于较低的噪声和伪影水平。
激励线圈还被定位成围绕检查体积。单独的测量线圈基本横向于由激励线圈产生的磁场的场线而定向。例如当激励线圈产生其中场线平行行进的均匀磁场时，测量线圈横向于激励线圈而定向。因而，测量线圈很难或者根本不会拾取由激励线圈产生的激励磁场的通量。同时，检查体积中的激励线圈产生均匀的激励磁场。因此，测量线圈接收的信号的动态范围与激励磁场感应的信号相比明显减小了，并且增加了对由涡电流引起的感应的磁场的灵敏性。再者，小动态范围允许在测量系统中使用超低噪声的固定增益放大器。
来自测量线圈的测量数据被应用于重建器，其重建图像，尤其是检查体积中的对象的体积图像。
将参考在从属权利要求中限定的实施例进一步详细描述本发明的这些及其他方面。
存在各种方式来配置激励线圈和测量线圈，以使得测量线圈横向于激励磁场而定向。一种简单的布置是提供一对平行定向的激励线圈。一种标准亥姆霍兹(Helmholtz)配置实现激励线圈的良好结果。对于亥姆霍兹线圈对，仅需要单个电源。螺线管线圈具有非常好的激励磁场的均匀性并且也只需要单个电源。另外，可并行操作多个可以耦合至单个电源的亥姆霍兹线圈对，或者对于各个线圈对，可以提供单独的电源。在这些配置中的每一个中，测量线圈可横向于激励线圈定向。
在本发明的一个实例中，激励线圈以类似亥姆霍兹配置来布置以激发均匀的磁场。该均匀场在单独的亥姆霍兹对的线圈之间的区域中延伸。亥姆霍兹对具有两个同样的圆形磁线圈，沿着公共轴对称放置在检查体积的两侧，每侧上一个，并且隔开距离h，而对于经典亥姆霍兹线圈，h等于线圈的半径R。在操作中，每个线圈承载在同一方向流动的相等电流。设h＝R，其定义了亥姆霍兹对，这使线圈中心的场(B)的非均匀性最小。
在另一个实例中，激励线圈形成为螺线管，其产生在螺线管中心区域均匀的磁场。当螺线管较长时，均匀磁场的中心区域较大(沿着螺线管的纵轴)。
在本发明的一个方面，磁阻抗断层成像系统具有以半球形几何布置布置的测量线圈。也就是说，测量线圈的中心位于半球面上，而线圈环的区域横向于激励线圈产生的磁场的场线而定向。在这种布置中，测量线圈邻近有体积的对象定位，即与该有体积的对象相距短距离。到该对象的距离应当尽可能靠近以提供高灵敏性，并且其仅由实际的约束条件来限制，例如对不同体积的适合性或者制造的原因。对于例如人的头的对象，1cm和4cm之间的距离是可行的。另外，与具有位于同一层中的激励和测量线圈的MIT系统相比，测量系统的灵敏性在空间上更均匀。
在发明的又一方面，位于检查体积相对端的激励线圈被电连接。因此，这些激励线圈被同时激活，以在检查体积中产生均匀磁场。
在发明的又一方面，激励线圈布置在金属或非金属的圆柱体表面处并且横向于圆柱体的纵轴。金属圆柱体提供了非常好的对来自外部的电磁干扰的屏蔽。也可使用简单的非金属，例如塑料圆柱体载体。因此在检查体积中生成了均匀磁场。激励线圈可同时被激活或结合检查线圈的各个部分顺序地被激活。例如，激励线圈可以以连续的亥姆霍兹对来激活。
在发明的另一方面，测量线圈是稍微倾斜的。以这种方式激励磁场的轻微非均匀性可得到补偿。本发明的磁阻抗断层成像系统例如具有磁场传感器，例如，以参考线圈的形式来测量局部磁场。在测量的局部场定向的基础上，可倾斜测量线圈以精确地垂直定向激励磁场的局部方向。
在发明的又一方面，测量线圈被定位于诸如塑料架之类的非金属载体之上。非金属载体上的单独测量线圈被定位为横向于圆柱上的单独激励线圈。本发明的这些和其他方面将参考随后描述的实施例并参考附图得到阐述。其中
附图说明
图1示出了本发明的磁阻抗断层成像系统的示意性表示，并且
图2示出了在两个线圈上的亥姆霍兹配置的示意性表示。
具体实施方式
图1示出了本发明的磁阻抗断层成像系统的示意性表示。激励系统10包括激励线圈11和激励电路13。激励线圈11布置在圆柱体12的圆柱形表面上。提供激励电路13以激活所选激励线圈。激励电路13包含用于激励线圈的电流源。例如激励电路将电流施加至处于亥姆霍兹配置的激励线圈11对上(见图2)。激励电路13由系统计算机30控制。该系统计算机可为合适编程的通用计算机。可替换地，该系统计算机为特别配置的处理器。
测量系统20包括测量线圈21和测量电路22。测量线圈21具有其位于半球表面上的中心。因此，测量线圈21被定位在检查体积3周围。另外，由测量线圈21的各个线圈环所包围的区域被定向为垂直于由激励线圈11包围的区域。即，测量线圈22的环的区域平行于圆柱体12的表面而延伸，激励线圈的线圈环在圆柱体12的表面上延伸。另外，测量电路22耦合至测量线圈，用以接收由于检查体积3中的对象中的涡电流而在测量线圈中感应出的电压信号。测量电路由系统计算机30控制。例如，顺序地或同时地在围绕圆柱体壁的相同纵轴位置从各组测量线圈进行测量，其中亥姆霍兹对的激励接近于那个纵轴位置。可替换地，激励线圈的若干亥姆霍兹对可由激励电路13并行地激活并且并行地从若干测量线圈进行测量。测量电路包含一个或多个超低噪声放大器。这种放大器具有低于1nV/sqrt(Hz)的超低噪声，固定于20dB或更高的增益并且因此由于电压源的限制而具有有限的输入电压范围。测量电路的输出信号被施加至重建器4，其根据所述输出信号重建图像数据。在显示器31上显示重建的图像。重建器可以例如以软件合并在系统计算机30中。
测量电路也可从磁场传感器接收参考信号，例如靠近激励线圈的参考线圈测量激发的磁场。一个或多个参考线圈平行于激励线圈。也可能出于参考目的而测量激励线圈中驱动的电流。测量电路将这些参考信号提供至电子系统，电子系统结合测量数据使用参考数据来计算所测量数据的状态信息(phaseinformation)。
测量线圈也可与激励磁场对齐以补偿场的非均匀性。这可通过倾斜测量线圈来实现，以使得激励磁场的所测量部分尽可能小(没有导电对象位于VOI中，无涡电流产生)。
图2示出了两个线圈上的亥姆霍兹配置的示意性表示。亥姆霍兹配置在单独的亥姆霍兹对的线圈之间的区域中产生均匀激励磁场。亥姆霍兹对具有两个同样的圆形磁线圈，沿着公共轴对称放置在检查体积的两侧，每侧上一个，并且隔开距离h，h等于线圈的半径R。在操作中，每个线圈承载在同一方向流动的相等电流。设h＝R，其定义了亥姆霍兹对，这在设d2B/dx2＝0(其中x为沿着两个线圈的间隔)的意义上使线圈中心的场(B)的非均匀性最小，但是在线圈的平面和中心之间留下了大约6％的场强度变化。如d2B/dx2所测，以使接近中心的区域中的场的均匀性变差为代价，h的稍大值减少了线圈的平面和中心之间的场的差。以亥姆霍兹模式并行操作的激励线圈越多，(即，平行的电流由间隔等于线圈半径的相对的线圈来承载)激励场的均匀性就越好。

Claims (8)

1.一种磁阻抗断层成像系统，包括：
-激励系统，其具有若干激励线圈以产生用于在检查体积中感应涡电流的激励磁场，
-测量系统，其具有若干测量线圈以测量由感应的涡电流产生的场，
-测量线圈以体积(3D)几何布置布置，以及
-单独的测量线圈基本横向于激励线圈的激励磁场的场线而定向，以及
-重建器，其从所述测量系统接收测量数据并根据该测量数据重建感兴趣体积中的对象的图像。
2.根据权利要求1所述的磁阻抗断层成像系统，其中
该激励系统包括一对平行配置的激励线圈，其特别地以亥姆霍兹配置来布置或布置为螺线管。
3.根据权利要求1所述的磁阻抗断层成像系统，其中所述测量线圈以半球形几何布置布置。
4.根据权利要求1所述的磁阻抗断层成像系统，其中在检查体积相对端处的激励线圈中的两个被电连接。
5.根据权利要求1所述的磁阻抗断层成像系统，其中激励线圈布置在圆柱体的表面处并且测量线圈横向于该圆柱体的纵轴布置。
6.根据权利要求1所述的磁阻抗断层成像系统，其中激励系统布置为成对地激发激励线圈。
7.根据权利要求1所述的磁阻抗断层成像系统，其中单独的测量线圈被定向为相对于亥姆霍兹配置的轴稍微地倾斜，从而横向于由激励线圈产生的局部磁场。
8.根据权利要求1所述的磁阻抗断层成像系统，其中测量线圈被布置在非金属载体上。
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