CN102499682B - 用于磁感应断层成像的激励测量复用线圈组及数据采集 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于磁感应断层成像的激励测量复用线圈组及数据采集方法，将一组线圈围绕被测对象排列，中心共面，其中任一线圈既可作激励线圈又可作测量线圈；当某一线圈作激励线圈时其余线圈均作测量线圈；在激励线圈中通以交变电流，通过测量线圈检测涡流感应信号；然后依次遍历所有线圈分别作激励线圈而通过测量线圈检测测量信号，全部测量数据应用磁感应断层成像算法可重建被测对象线圈中心所在断层内的电阻抗分布图像。本发明在保持传统磁感应断层成像系统测量过程中线圈组和被测对象静止不动的前提下，在同一位置仅设置一个线圈，减少了一半的线圈个数，简化了线圈之间的耦合关系，有助于改善数据采集系统的测量精度和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于生物医学工程领域中的医学成像方法，涉及用非接触方式获得电阻抗断层成像的磁感应断层成像方法，具体涉及一种用于磁感应断层成像的激励测量复用线圈组及数据采集方法。
背景技术
电阻抗断层成像是一种不同于传统的CT、MRI等的医学成像方法，它通过一组贴附在被测对象(如人体)某一断层表面的电极注入电流/电压然后测量响应电压/电流，应用成像算法重建电极所在断层内部的电阻抗分布图像。
磁感应断层成像是一种非接触式的电阻抗断层成像方法，它通过与被测对象不接触的线圈施加交变电流激励，并测量感应涡流所引起的磁场变化，经成像算法重建线圈所处断层内部的电阻抗分布图像。与电阻抗断层成像相比，磁感应断层成像同样是为了获得被测对象某一断层内的电阻抗分布，但是采用了非接触的传感器-线圈，因而在应用上更为便捷。
根据申请人进行的资料检索，与本申请接近的技术有2项。一项为申请人2005年申请的“非接触磁感应脑水肿监护方法”(非接触磁感应脑部电导率分布变化的监测方法)，该方法提出了几种利用磁感应原理监测脑部电导率分布变化的方法，其中包括一种磁感应断层成像方法，它采用的线圈系统为“数量等同的激励线圈和测量线圈呈圆形、等间隔排列在监测目标周围”，也即在同一个位置处包含两个线圈，一个为激励线圈，一个为测量线圈。另一项为重庆大学2007年申请的“一种高灵敏度的开放式磁感应成像测量装置”，该方法所用的线圈排列方式为呈圆弧形包围在被测对象外周，同一个位置包含3个线圈，中间一个为激励线圈，上下两个为差动测量线圈。以上两项申请中激励线圈和测量线圈均独立设置。
现有的磁感应断层成像中所应用的线圈系统在同一个位置处有2或3个线圈，既包含激励线圈也包含测量线圈，这导致系统中的线圈数量较多，相互之间的耦合关系复杂，在一定程度上影响了整个磁感应断层成像数据采集系统的性能。
发明内容
针对磁感应断层成像中线圈个数多的问题，本发明提出一种激励测量复用线圈组，在每一个位置仅设置一个线圈，任意一个线圈既可以作激励线圈又可以作测量线圈，依次选择某一个线圈作激励线圈，其余线圈为测量进行涡流感应信号检测，然后遍历所有线圈作激励线圈，获得与传统磁感应断层成像相同的测量数据，用于实现断层内的电阻抗图像重建。
为实现上述任务，本发明采用如下技术解决方案予以实现：
一种用于磁感应断层成像的激励测量复用线圈组，其特征在于，包括多个具有相同参数的线圈，其特征在于，所述的多个线圈等间隔设置构成线圈组，该线圈组设置在支架上，其中任意一个线圈既可以作激励线圈又可以作测量线圈，当某一个线圈为激励线圈时其余线圈均为测量线圈。
一种用于磁感应断层成像的激励测量复用线圈组的数据采集方法，其特征在于，将一组线圈围绕被测对象排列，其中心在一个平面内，其中任意一个线圈既可以作激励线圈又可以作测量线圈，当某一个线圈为激励线圈时其余线圈均为测量线圈；在激励线圈中通以交变电流，所产生的交变磁场可在被测对象内部感应出交变涡流，该涡流与被测对象内部的电阻抗分布相关，通过不同位置的测量线圈可以检测涡流引起的磁场的变化；然后依次遍历所有线圈分别作激励线圈，通过测量线圈检测感应磁场的变化，全部测量数据应用磁感应断层成像算法重建被测对象线圈中心所在断层内的电阻抗分布图像。
本发明的主要优点为：同一个位置仅有一种线圈，可控制作激励线圈或者测量线圈，减少了一半的线圈个数，从而简化了线圈之间的耦合关系，有利于提升系统测量精度和稳定性，有助于改善磁感应断层成像的图像质量。
附图说明
图1为线圈组全包绕、圆形排列方式示意图。
图2为线圈组全包绕、椭圆形排列方式示意图。
图3为线圈组全包绕、轮廓线排列方式示意图。
图4为线圈组半包绕、圆弧排列方式示意图。
图5为线圈组半包绕、椭圆弧排列方式示意图。
图6为线圈组半包绕、轮廓线排列方式示意图。
图7为采用本发明的激励测量复用线圈组的磁感应断层成像数据采集系统原理框图，以16个线圈、全包围、圆形排列为例，其中E/M单元用于产生正弦激励信号并检测测量信号。
图8为图7中E/M单元的原理框图，其中线圈为同一个线圈，点划线所围部分用于产生正弦激励信号，虚线所围部分用于检测测量信号。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
按照本发明的技术方案，本实施例给出一种用于磁感应断层成像的激励测量复用线圈组，包括多个具有相同参数的线圈，线圈等间隔设置构成线圈组，该线圈组设置在支架上，其中任意一个线圈既可以作激励线圈又可以作测量线圈，当某一个线圈为激励线圈时其余线圈均为测量线圈。
为了适用于磁感应断层成像的数据采集，线圈组的线圈大于等于6个，线圈环绕设置在支架上，形成封闭的环。或线圈大于等于6个，线圈环绕设置在支架上，不形成封闭的环。
本实施例还进一步给出一种用于磁感应断层成像的激励测量复用线圈组的数据采集方法，将多个具有相同参数的线圈构成一组，线圈围绕被测对象排列，其中心在一个平面内，其中任意一个线圈由控制电路选择当前作激励线圈还是作测量线圈；当某一个线圈选为激励线圈时其余线圈均选为测量线圈；在激励线圈中通以交变电流，通过各测量线圈检测；然后依次遍历所有线圈分别作激励线圈，获得一帧完整数据用于图像重建。在检测期间，所有线圈和被测对象均保持静止不动。
本实施例给出2种线圈组包绕被测对象外周的方式和3种线圈组中心所处轨迹曲线，通过组合可以获得6种线圈组排列方式。
A、线圈组包绕被测对象外周的方式有2种，分别为：
1)全包绕方式：线圈组以中心等间隔方式包绕被测对象某一断层的全部外周，线圈组个数大于等于6个。
2)半包绕方式：线圈组以中心等间隔方式包绕被测对象某一断层的部分外周，线圈组个数大于等于6个。
线圈组中心所处轨迹的曲线分为3种，分别为：1)圆形，2)椭圆形，3)轮廓线：距被测对象某一断层外轮廓线等间距的曲线。线圈组中的所有线圈具有相同的参数。
B、6种线圈组排列方式：
1)全包绕、圆形排列方式
参见图1所示，多个具有相同参数的线圈设置在圆形支架上，构成封闭的环，其中任意一个线圈既可以作激励线圈又可以作测量线圈，当某一个线圈为激励线圈时其余线圈均为测量线圈。
其工作原理为：线圈附着在线圈支架上，在测量过程中保持不动；按照逆时针或顺时针顺序将线圈从1开始依次编号；选择1号线圈作为激励线圈，在其中通以正弦交流信号，将所有其它线圈设定为测量线圈，检测被测对象内部感应涡流所引起的交变磁场信号；依次选择其它编号的线圈作为激励线圈，剩余线圈作为测量线圈，再次检测信号；遍历全部编号的线圈作为激励线圈后，得到一帧完整的测量数据，可用于线圈中心所处被测对象断层内的电阻抗图像重建。此种方式与传统的磁感应断层成像相同，原有的成像算法可直接使用。
2)全包绕、椭圆形排列方式
参见图2所示，多个具有相同参数的线圈设置在椭圆形支架上，构成封闭的环，其中任意一个线圈既可以作激励线圈又可以作测量线圈，当某一个线圈为激励线圈时其余线圈均为测量线圈。
其工作原理类似于1)；由于线圈中心位于椭圆形支架上，在成像算法中需要修改成像区域和线圈定位。
3)全包绕、轮廓线排列方式
参见图3，多个具有相同参数的线圈设置在不规则形状的支架上，构成封闭的环，其中任意一个线圈既可以作激励线圈又可以作测量线圈，当某一个线圈为激励线圈时其余线圈均为测量线圈。
其工作原理类似于1)；由于线圈中心位于距离被测对象外轮廓线等距的曲线上，在成像算法中也需要修改成像区域和线圈定位。
4)半包绕、圆弧排列方式
参见图4所示，多个具有相同参数的线圈设置在圆形支架上，构成圆形型线的一段弧，其中任意一个线圈既可以作激励线圈又可以作测量线圈，当某一个线圈为激励线圈时其余线圈均为测量线圈。
其工作原理类似于1)；但是由于线圈没有包绕全部的被测对象的外周，所得测量数据的数量较传统的磁感应断层成像少，需要相应修改成像算法。
5)半包绕、椭圆弧排列方式
参见图5所示，多个具有相同参数的线圈设置在椭圆形支架上，构成椭圆型线的一部分。其中任意一个线圈既可以作激励线圈又可以作测量线圈，当某一个线圈为激励线圈时其余线圈均为测量线圈。
其工作原理类似于1)；但是由于线圈组没有包绕全部的被测对象的外周，所得测量数据的数量较传统的磁感应断层成像少，需要相应修改成像算法；由于线圈中心位于椭圆形上，在成像算法中需要修改成像区域和线圈定位。
6)半包绕、轮廓线排列方式
参见图6所示，多个具有相同参数的线圈设置在不规则形状的支架上，构成不规则形型线的其中一部分，其中任意一个线圈既可以作激励线圈又可以作测量线圈，当某一个线圈为激励线圈时其余线圈均为测量线圈。
其工作原理类似于1)；但是由于线圈组没有包绕全部的被测对象的外周，所得测量数据的数量较传统的磁感应断层成像少，需要相应修改成像算法；由于线圈中心位于距离被测对象外轮廓线等距的曲线上，在成像算法中也需要修改成像区域和线圈定位。
C、激励测量复用线圈的实际应用
本实施例给出采用上述全包绕、圆形排列方式的激励测量复用线圈，构建了磁感应断层成像数据采集系统，其原理框图参见图7，图中以16个线圈为例。
其工作原理为：
1)每一个线圈由一个E/M单元控制，其原理框图参见图8。
2)计算机控制16选1多路开关选择某一个编号线圈的E/M单元将其设置为激励线圈。
3)激励线圈的E/M单元通过数字合成的方式产生频率为f Hz的正弦交流信号施加到线圈上，频率可以程控改变；同时，同步产生一个频率为f-10k Hz的正弦交流信号，与频率为f Hz的正弦交流信号相乘，并经低通滤波，得到一个频率为10k Hz的信号，用作测量信号的参考信号。
4)计算机控制16选1多路开关依次选择15个线圈的E/M单元将其设置为测量线圈。
5)测量线圈的E/M单元通过线圈检测到频率为f Hz的感应信号；同时，通过数字合成方式产生一个频率为f-10k Hz的正弦交流信号；两个频率的信号相乘，得到频率为10k Hz的测量信号，该信号包含了频率为fHz的实际测量信号的幅度和相位信息，可通过计算得出。
6)参考信号和测量信号分别通过AD转换为数字信号，输送入计算机中。
7)在计算机中计算实际测量信号的幅度和相位。
8)重复步骤4)～步骤7)共15次，完成某一线圈作激励线圈时的测量数据。
9)依次选择其它编号的线圈作激励线圈，重复步骤2)～步骤8)共15次，完成一帧完整的测量数据。
10)应用测量数据，经成像算法，重建被测对象某一断层内的电阻抗断层成像的电阻抗分布图像。
其中，线圈个数可根据实际需要设置，一般应大于6个。上述的参考信号与实际信号的频率相差10k Hz，该频差也可设置为其它的频率，如20k Hz。
其它几种线圈组排列方式均可类似构建磁感应断层成像的数据采集系统。
需要说明的是。以上实施例是本发明较优的例子，只是对本发明的具体实现过程做进一步解释，不能理解为对本发明的限定，本领域的技术人员根据本申请的技术方案所作的任何添加或非本质的替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于磁感应断层成像的激励测量复用线圈组的数据采集方法，其特征在于，该方法将多个具有相同参数的线圈构成一组，线圈围绕被测对象排列，以中心等间隔方式包绕被测对象某一断层的全部外周或者以中心等间隔方式包绕被测对象某一断层的部分外周；其中心在一个平面内，其中任意一个线圈由控制电路选择当前作激励线圈还是作测量线圈；当某一个线圈选为激励线圈时其余线圈均选为测量线圈；在激励线圈中通以交变电流，通过各测量线圈检测；然后依次遍历所有线圈分别作激励线圈，获得一帧完整数据用于图像重建；具体包括下列步骤：
1）每一个线圈由一个E/M单元控制；
2）计算机控制16选1多路开关选择某一个编号线圈的E/M单元将其设置为激励线圈；
3）激励线圈的E/M单元通过数字合成的方式产生频率为f Hz的正弦交流信号施加到线圈上，频率可以程控改变；同时，同步产生一个频率为f-10k Hz的正弦交流信号，与频率为f Hz的正弦交流信号相乘，并经低通滤波，得到一个频率为10k Hz的信号，用作测量信号的参考信号；
4）计算机控制16选1多路开关依次选择15个线圈的E/M单元将其设置为测量线圈；
5）测量线圈的E/M单元通过线圈检测到频率为f Hz的感应信号；同时，通过数字合成方式产生一个频率为f-10k Hz的正弦交流信号；两个频率的信号相乘，得到频率为10k Hz的测量信号，该信号包含了频率为fHz的实际测量信号的幅度和相位信息，通过计算得出；
6）参考信号和测量信号分别通过AD转换为数字信号，输送入计算机中；
7）在计算机中计算实际测量信号的幅度和相位；
8）重复步骤4）～步骤7）共15次，完成某一线圈作激励线圈时的测量数据；
9）依次选择其它编号的线圈作激励线圈，重复步骤2）～步骤8）共15次，完成一帧完整的测量数据；
10）应用测量数据，经成像算法，重建被测对象某一断层内的电阻抗断层成像的电阻抗分布图像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的线圈组中心位于一个圆形、椭圆形或距被测对象某一断层外轮廓线等间距的曲线上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的线圈组中心位于一段圆弧、椭圆弧或距被测对象某一断层外轮廓线等间距的部分曲线上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130807 |