CN103033847A - 一种滑动式多层磁感应断层成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑动式多层磁感应断层成像装置及方法，被测对象置于平板上，激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板，线圈阵列和平板之间可进行滑动以使线圈阵列的中心面对应被测对象的不同断层，当线圈阵列对应被测对象的某一断层时可以完成一次磁感应断层成像数据采集，通过成像算法重建被测对象在该断层内的电导率分布图像，滑动线圈阵列或平板，可以依次完成多次数据采集并分别重建各个断层内的电导率分布图像，经过多次数据采集和图像重建，获得被测对象多个相邻断层内的电导率分布图像，从而得到被测对象整体的电导率分布情况。本发明可以方便地获得被测对象内部不同断层内的电导率分布图像，从而实现多层非接触电阻抗断层成像。

Description

一种滑动式多层磁感应断层成像装置及方法

技术领域

本发明属于电阻抗断层成像技术领域，涉及一种滑动式多层磁感应断层成像装置及方法。

背景技术

电阻抗是物质被动电特性的度量。传统的电阻抗测量方法是通过与被测对象相接触的一对电极分别施加激励信号和测量响应信号，从而计算出电阻抗。利用此基本原理，通过多个位置的激励测量数据从而形成电阻抗的分布图像，其典型代表是电阻抗断层成像。根据电磁感应原理，处于交变磁场中的容积导体内部会感应出同频率的交变涡流，而涡流的性质与容积导体的电阻抗分布直接相关。因此，可通过与被测对象非接触的线圈施加激励交变磁场，通过另一个线圈测量感应交变涡流的信号，经计算可得出被测对象的电阻抗。根据上述原理，通过在被测对象外部的不同位置分别进行激励和测量，从而形成磁感应原理的电阻抗成像，其典型代表是磁感应断层成像。

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。由于采用了非接触的传感器，即线圈，磁感应断层成像在应用上更为便捷。

现有的磁感应断层成像都是针对某一固定断层的成像，例如申请号为200510042937.6、发明名称为“非接触磁感应脑部电导率分布变化的监测方法”的中国专利；申请号为200710092746.X、发明名称为“一种高灵敏度的开放式磁感应成像测量装置”的中国专利；申请号为200680048014.4、发明名称为“磁感应断层成像系统和方法”的中国专利；申请号为200780035345.9、发明名称为“磁感应断层成像的方法和设备”的中国专利等，未见多层磁感应断层成像方法的报道。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种滑动式多层磁感应断层成像装置及方法，可以依次完成多次数据采集并分别重建各个断层内的电导率分布图像。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种滑动式多层磁感应断层成像装置，包括平板，被测对象置于平板上，激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板，激励测量线圈阵列的各线圈中心共面；

激励测量线圈阵列与平板之间能够相对运动，激励测量模块与激励测量线圈阵列相连接，激励测量模块将检测数据发送给控制单元；

当激励测量线圈阵列对被测对象的某一断层完成一次磁感应断层成像数据采集，控制单元通过成像算法重建被测对象在该断层内的电导率分布图像并发送给显示器进行显示；然后激励测量线圈阵列相对平板运动，进行被测对象下一断层的磁感应断层成像数据采集，控制单元生成下一断层的电导率分布图像，并进行多层图像显示。

所述的激励测量线圈阵列或平板设置在滑轨上，由电机驱动其在滑轨上运动。

所述的激励测量线圈阵列和平板分别设置在不同的滑轨上，由控制单元发出指令给后滑轨控制模块，再由滑轨控制模块通过电机驱动其在各自的滑轨上运动。

所述的激励测量线圈阵列的线圈中心共面与平板垂直或呈一定的倾角。

所述激励测量线圈阵列的线圈中心共面与平板的倾角通过两者相交线为轴进行调节。

所述的激励测量线圈阵列与平板之间的相对运动包括：

A：激励测量线圈阵列固定不动，平板往返滑动；

B：平板固定不动，激励测量线圈阵列往返滑动；

C：激励测量线圈阵列和平板均可以往返滑动。

所述激励测量线圈阵列与平板之间的相对运动的距离通过控制单元来设定。

所述激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板的方式包括：

A：激励测量线圈的中心点呈圆形排列；

B：激励测量线圈的中心点呈椭圆形排列；

C：激励测量线圈的中心点根据被测对象的外部轮廓线排列。

一种滑动式多层磁感应断层成像方法，包括以下步骤：

1）被测对象置于平板上，激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板，平板和激励测量线圈分别设置在滑轨上，控制单元向滑轨控制模块发出控制指令，分别通过两个电机驱动平板滑轨和线圈滑轨，使激励测量线圈阵列对应于被测对象的某一个断层，然后两者保持相对静止；

2）控制单元向激励测量模块发出控制指令，选通某个激励测量线圈产生同频交变磁场，被测对象因导电性而感应出同频交变涡流，此交变涡流与被测对象内的电导率分布直接相关，通过激励测量线圈阵列中的测量线圈测量感应出的交变涡流信号，并将交变涡流信号经过AD转换后发送给控制单元；遍历激励测量线圈阵列后，完成当前断层的磁感应断层成像数据采集，

3）控制单元应用磁感应断层成像算法，根据当前断层测量数据，重建被测对象当前断层的电导率分布图像，得到一次单层磁感应断层成像；

4）重复1）到3）的过程，依次获得不同被测对象断层的电导率分布图像，然后以序列图像的方式显示出来。

所述的控制单元应用磁感应断层成像算法为牛顿迭代算法或单步牛顿算法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种滑动式多层磁感应断层成像装置及方法，通过控制平板和激励测量线圈阵列滑动的方式，在单一断层的磁感应断层成像方法的基础上，实现多层磁感应断层成像。而且断层的选择可以通过滑动的方式任意选择。

本发明通过多层成像，可以获得被测对象不同断层（对应不同部位）内的电阻抗分布情况，从而可以方便地获知被测对象整体的电阻抗分布情况。以后通过三维重建方法，还可以形成三维电阻抗成像。而固定断层成像与多层磁感应断层成像相比，只能对被测对象的固定的某一断层进行成像，难以获得被测对象不同断层（对应不同部位）的成像，不利于从整体上获知被测对象内部的电阻抗分布情况。

附图说明

图1为线圈阵列垂直于被测对象载物平板、载物平板滑动方式示意图，其中，线圈阵列始终保持不动，被测对象与载物平板保持相对静止。

图2为线圈阵列垂直于被测对象载物平板、线圈阵列滑动方式示意图，其中，载物平板始终保持不动，被测对象与载物平板保持相对静止。

图3为线圈阵列垂直于被测对象载物平板、线圈阵列和载物平板分别滑动方式示意图，其中，被测对象与载物平板保持相对静止。

图4为线圈阵列倾斜于被测对象载物平板、载物平板滑动方式示意图，其中，线圈阵列始终保持不动，被测对象与载物平板保持相对静止。

图5为线圈阵列倾斜于被测对象载物平板、线圈阵列滑动方式示意图，其中，载物平板始终保持不动，被测对象与载物平板保持相对静止。

图6为线圈阵列倾斜于被测对象载物平板、线圈阵列和载物平板分别滑动方式示意图，其中，被测对象与载物平板保持相对静止。

图7为以图3为例的完整多层磁感应断层成像系统的原理框图。其它的5种方式可根据此图类似地构建整体系统。

其中，1为激励测量线圈阵列，2为平板，3为被测对象，4为平板滑轨，5为激励测量线圈阵列滑轨。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1～图7，一种滑动式多层磁感应断层成像装置，包括平板，被测对象置于平板上，激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板，激励测量线圈阵列的各线圈中心共面；

激励测量线圈阵列与平板之间能够相对运动，激励测量模块与激励测量线圈阵列相连接，激励测量模块将检测数据发送给控制单元；

当激励测量线圈阵列对被测对象的某一断层完成一次磁感应断层成像数据采集，控制单元通过成像算法重建被测对象在该断层内的电导率分布图像并发送给显示器进行显示；然后激励测量线圈阵列相对平板运动，进行被测对象下一断层的磁感应断层成像数据采集，控制单元生成下一断层的电导率分布图像，并进行多层图像显示。

具体的，给出三种线圈阵列相对被测对象滑动方式以及两种被测对象断层（对应于线圈阵列垂直或倾斜于载物平板）选择方式，通过组合可以获得6种多层磁感应断层成像系统。

三种线圈阵列相对被测对象滑动方式分别为：

A：激励测量线圈阵列固定不动，平板往返滑动；

B：平板固定不动，激励测量线圈阵列往返滑动；

C：激励测量线圈阵列和平板均可以往返滑动。

其中，第一种滑动方式：被测对象置于平板上，激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板，线圈阵列中所有线圈中心共面，通过步进电机控制载物平板在平板滑轨上往返滑动，从而使线圈中心面对应被测对象的不同断层，每次滑动的距离可程控设定，当线圈阵列对应被测对象的某一断层时可以完成一次磁感应断层成像数据采集，通过成像算法重建被测对象在该断层内的电导率分布图像，依次滑动平板，可以分别完成多次数据采集并重建各个断层内的电导率分布图像。此方式称为“平板滑动方式”。

第二种滑动方式：被测对象置于平板上，激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板，线圈阵列中所有线圈中心共面，通过步进电机控制线圈阵列在线圈滑轨上往返滑动，从而使线圈中心面对应被测对象的不同断层，每次滑动的距离可程控设定，当线圈阵列对应被测对象的某一断层时可以完成一次磁感应断层成像数据采集，通过成像算法重建被测对象在该断层内的电导率分布图像，依次滑动线圈阵列，可以分别完成多次数据采集并重建各个断层内的电导率分布图像。此方式称为“线圈滑动方式”。

第三种滑动方式：被测对象置于平板上，激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板，线圈阵列中所有线圈中心共面，通过两个步进电机分别控制线圈阵列在线圈滑轨上、载物平板在平板滑轨上往返滑动，从而使线圈中心面对应被测对象的不同断层，每次滑动的距离可程控设定，当线圈阵列对应被测对象的某一断层时可以完成一次磁感应断层成像数据采集，通过成像算法重建被测对象在该断层内的电导率分布图像，依次滑动线圈阵列或平板滑轨，可以分别完成多次数据采集并重建各个断层内的电导率分布图像。此方式称为“双重滑动方式”。

两种被测对象断层选择方式分别为：

1）线圈阵列垂直于载物平板，称为“垂直断层方式”；

2）线圈阵列倾斜于载物平板，称为“倾斜断层方式”。

上述的三种线圈阵列相对被测对象滑动方式和两种被测对象断层选择方式均不限定线圈阵列包绕被测对象及平板方式，具体给出三种包绕方式，分别为：

1）线圈阵列中心点呈圆形包绕，称为“圆形包绕方式”；

2）线圈阵列中心点呈椭圆形包绕，称为“椭圆形包绕方式”；

3）：线圈阵列中心点呈根据被测对象的外部轮廓线排列，称为“轮廓线包绕方式”。

上述三种线圈阵列包绕方式可以与前述的三种滑动方式和两种断层选择模式自由组合，从而构建更多种的多层磁感应断层成像系统。

同时，激励测量线圈阵列中线圈的个数和结构以能完成一次磁感应断层成像为准，不附加额外的限制。

下面，以一种滑动式多层磁感应断层成像系统为例（参见图7），详细阐述其成像方法：

1）控制单元向滑轨控制模块发出控制指令，分别通过两个步进电机驱动平板滑轨和线圈滑轨，使线圈阵列对应于被测对象的某一个断层，然后保持静止；

2）计算机向激励测量模块发出控制指令，完成当前断层的磁感应断层成像数据采集（完成一帧完整测量数据的采集）；包括产生指定频率的正弦交变电流，注入激励线圈，激励线圈产生同频交变磁场，被测对象因导电性而感应出同频交变涡流，此涡流与被测对象内的电导率分布直接相关（其中当前断层占主要部分），通过线圈阵列中的测量线圈测量感应出的交变涡流信号；

3）所得一帧测量数据经过数模转换送回控制单元；

4）在控制单元中，应用磁感应断层成像算法，根据一帧测量数据，重建当前断层内的电导率分布图像，即一次单层磁感应断层成像；

5）重复1）到4）的过程，依次获得不同断层内的电导率分布图像，然后以序列图像的方式显示出来。

所述的控制单元应用磁感应断层成像算法为牛顿迭代算法或单步牛顿算法。

多层图像的显示，可以缩小后，并排显示在显示器上；或者，通过选择层的序号，控制某一层图像显示在显示器上。

Claims (10)

1.一种滑动式多层磁感应断层成像装置，其特征在于，包括平板，被测对象置于平板上，激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板，激励测量线圈阵列的各线圈中心共面；

激励测量线圈阵列与平板之间能够相对运动，激励测量模块与激励测量线圈阵列相连接，激励测量模块将检测数据发送给控制单元；

当激励测量线圈阵列对被测对象的某一断层完成一次磁感应断层成像数据采集，控制单元通过成像算法重建被测对象在该断层内的电导率分布图像并发送给显示器进行显示；然后激励测量线圈阵列相对平板运动，进行被测对象下一断层的磁感应断层成像数据采集，控制单元生成下一断层的电导率分布图像，并进行多层图像显示。

2.如权利要求1所述的滑动式多层磁感应断层成像装置，其特征在于，所述的激励测量线圈阵列或平板设置在滑轨上，由电机驱动其在滑轨上运动。

3.如权利要求1所述的滑动式多层磁感应断层成像装置，其特征在于，所述的激励测量线圈阵列和平板分别设置在不同的滑轨上，由控制单元发出指令给后滑轨控制模块，再由滑轨控制模块通过电机驱动其在各自的滑轨上运动。

4.如权利要求1所述的滑动式多层磁感应断层成像装置，其特征在于，所述的激励测量线圈阵列的线圈中心共面与平板垂直或呈一定的倾角。

5.如权利要求4所述的滑动式多层磁感应断层成像装置，其特征在于，激励测量线圈阵列的线圈中心共面与平板的倾角通过两者相交线为轴进行调节。

6.如权利要求1所述的滑动式多层磁感应断层成像装置，其特征在于，所述的激励测量线圈阵列与平板之间的相对运动包括：

A：激励测量线圈阵列固定不动，平板往返滑动；

B：平板固定不动，激励测量线圈阵列往返滑动；

C：激励测量线圈阵列和平板均可以往返滑动。

7.如权利要求1所述的滑动式多层磁感应断层成像装置，其特征在于，激励测量线圈阵列与平板之间的相对运动的距离通过控制单元来设定。

8.如权利要求1所述的滑动式多层磁感应断层成像装置，其特征在于，激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板的方式包括：

A：激励测量线圈的中心点呈圆形排列；

B：激励测量线圈的中心点呈椭圆形排列；

C：激励测量线圈的中心点根据被测对象的外部轮廓线排列。

9.一种滑动式多层磁感应断层成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）被测对象置于平板上，激励测量线圈阵列包绕被测对象及平板，平板和激励测量线圈分别设置在滑轨上，控制单元向滑轨控制模块发出控制指令，分别通过两个电机驱动平板滑轨和线圈滑轨，使激励测量线圈阵列对应于被测对象的某一个断层，然后两者保持相对静止；

2）控制单元向激励测量模块发出控制指令，选通某个激励测量线圈产生同频交变磁场，被测对象因导电性而感应出同频交变涡流，此交变涡流与被测对象内的电导率分布直接相关，通过激励测量线圈阵列中的测量线圈测量感应出的交变涡流信号，并将交变涡流信号经过AD转换后发送给控制单元；遍历激励测量线圈阵列后，完成当前断层的磁感应断层成像数据采集；

3）控制单元应用磁感应断层成像算法，根据当前断层测量数据，重建被测对象当前断层的电导率分布图像，得到一次单层磁感应断层成像；

4）重复1）到3）的过程，依次获得不同被测对象断层的电导率分布图像，然后以序列图像的方式显示出来。

10.如权利要求9所述的滑动式多层磁感应断层成像方法，其特征在于，所述的控制单元应用磁感应断层成像算法为牛顿迭代算法或单步牛顿算法。

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