CN109662711A - 一种电导率成像的测量系统及其信息获取方法 - Google Patents

一种电导率成像的测量系统及其信息获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电导率成像的测量系统及其信息获取方法，系统包括：第一对激励电极和第二对激励电极的连线呈垂直状态固定在成像体上，由双刀双掷开关控制两对激励电极的接通状态，由激励电极将激励源发出的激励信号引入成像体；测量线圈在成像体外移动，进行一维或二维的扫描；测量装置通过测量线圈采集到的成像体外部多组磁感应强度分布曲线，传输至处理器，处理器对采集到的磁感应强度分布和激励电流大小，重建出成像体的电导率分布图像。方法包括：通过双刀双掷开关控制激励电极的接通状态，判断测量线圈的移动距离是否完全覆盖整个被测物体周围一定距离的包络面上，如果是，测量装置将采集到的多组激励电流分布下的磁感应强度分布，通过这些测量信息初步重建成像体的电导率分布图像，进而使用图像插值方法得到更高分辨率的电导率图像。

Description

一种电导率成像的测量系统及其信息获取方法
技术领域
本发明涉及生物医学成像领域，特别涉及一种电导率成像的测量系统及其信息获取方法。
背景技术
生物电阻抗断层成像技术(EIT，Electrical Impedance Tomography)是一种新型医学功能成像技术，通过向人体表面激励电极上施加微弱的电流，检测其他位置检测电极上电压值，根据电压与电流之间的关系，重构出人体内部电阻抗值或者电阻抗的变化值。此技术可以应用于呼吸过程中对肺部呼吸能力的评定。
磁探测电阻抗成像技术是基于生物电阻抗断层成像技术发展而来的，此种技术是在1992年首次被Ahlfors提出来的，当时被命名为Magnetic Impedance Tomography(MIT)[1]。2004年，此种技术更名为磁探测电阻抗成像(Magnetic Detection ElectricalImpedance Tomography，MDEIT)。磁探测电阻抗成像的原理如图1所示，成像区域的电导率分布为σ，通过将激励电极贴在成像体的外部并向成像体内部输入大小为I0的激励电流。电流在成像体内部所产生的电流密度为j，这是由成像体内部的电导率分布σ决定的，由激励电流产生的成像体周围磁场的磁感应强度则是B，区域的磁导率近似为真空的磁导率。测量成像体周围磁感应强度就可以重建出目标成像体内部的电导率分布[2]。
参考文献：
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[2]韩文成，侯雪.基于Comsol的肺部电阻抗断层成像仿真研究[D].天津大学.2011.
发明内容
本发明提出了一种电导率成像的测量系统及其信息获取方法，本发明丰富了对磁场分布测量的信息量，克服了电导率成像中电极与成像体接触而产生的误差，提高了电导率(谱)图像重建的质量，详见下文描述：
一种电导率成像的测量系统，其特征在于，所述电导率成像测量系统包括第一对激励电极、第二对激励电极、测量线圈、激励源、测量装置和处理器，其中，
所述第一对激励电极和所述第二对激励电极放置于所述成像体上，且所述第一对激励电极和所述第二对激励电极的连线呈垂直状态固定在所述成像体上，且所述第一对激励电极和所述第二对激励电极的接通状态由所述双刀双掷开关控制；所述第一对激励电极和所述第二对激励电极将所述激励源发出的激励电流导入所述成像体；所述测量线圈沿所述成像体外移动进行一维或二维方向上的扫描；所述测量装置通过所述测量线圈采集到的所述成像体外部多组磁感应强度分布曲线，并传输至所述处理器，所述处理器对采集到的磁感应强度分布和激励电流大小，重建出所述成像体的电导率分布图像。
所述激励源具体为：单一频率或多频率且幅值可调电压源或电流源。
一种电导率成像的测量系统的电导率信息获取方法，所述方法包括以下步骤：
(1)所述双刀双掷开关控制所述第一对激励电极和所述第二对激励电极的接通状态，用以改变所述成像体内电场分布，以至于改变成像体外部磁感应强度的分布；
(2)改变所述双刀双掷开关状态，接通所述第一对激励电极；
(3)所述测量线圈沿所述成像体外移动进行一维或二维方向上的扫描；所述测量装置通过所述测量线圈采集到的所述成像体外部多组磁感应强度分布曲线；
(4)判断所述测量线圈的移动范围是否覆盖预设区域，如果是，执行步骤(5)；如果否，重新执行步骤(3)；
(5)改变所述双刀双掷开关状态，接通所述第二对激励电极；
(6)所述测量线圈沿所述成像体外移动进行一维或二维方向上的扫描；所述测量装置通过所述测量线圈采集到的所述成像体外部多组磁感应强度分布曲线；
(7)判断所述测量线圈的移动范围是否覆盖预设区域，如果是，执行步骤(8)；如果否，重新执行步骤(6)；
(8)所述测量装置将所述多组磁感应强度和激励电流分布曲线传输至所述处理器，所述处理器对所述多组磁感应强度和激励电流分布曲线进行插值或抽样得到重建所需信息，通过所述重建所需信息重建所述成像体的电导率分布图像。
步骤(1)中的所述双刀双掷开关控制所述第一对激励电极和所述第二对激励电极的接通状态，用以改变所述成像体内电场分布，以至于改变成像体外部磁感应强度的分布具体为：
接通第一对激励电极，或，
接通第二对激励电极。
步骤(3)与步骤(6)中的所述测量线圈沿所述成像体外移动进行一维或二维方向上的扫描具体为：
在对所述成像体进行电导率分布图像的二维重建时，所述测量线圈进行一维扫描；在对所述成像体进行电导率分布图像的三维重建时，所述测量线圈进行二维扫描，获得所述成像体外部沿着扫描路径分布的所述多组磁感应强度分布曲线。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明提供了一种电导率成像的测量系统及其信息获取方法，本发明通过移动两个激励电极改变成像体内部电场分布，进而改变成像体外部磁感应强度分布，不断移动测量线圈获取被测成像体外部扫描路径上的多组磁感应强度分布曲线，并传输至所述处理器，处理器对多组磁感应强度曲线和激励电流曲线进行处理，重建成像体内部的电导率分布图像，本发明丰富了对磁场分布测量的信息量，克服了电导率成像中电极与成像体接触而产生的误差，提高了电导率(谱)图像重建的质量。
附图说明
图1为磁探测电阻抗成像的原理示意图；
图2为本发明提供的电导率成像测量系统的结构示意图；
图3为本发明提供的一种电导率成像信息获取方法的流程图；
附图中，各个标号所代表的部件列表如下：
1：成像体；
2：激励源；
3(a)、3(b)：第一对激励电极；
4(a)、4(b)：第二对激励电极；
5：测量线圈；
6：测量装置；
7：处理器；
8：双刀双掷开关。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了提高电导率成像的分辨率，本发明提供实施了一种电导率成像的测量系统，系统示意图参见图2、图3，详见下文描述：
一种电导率成像的测量系统，包括：激励源2、第一对激励电极3(a)3(b)、第二对激励电极4(a)4(b)、测量线圈5、测量装置6、处理器7和双刀双掷开关8，其中，
第一对激励电极3(a)、3(b)和第二对激励电极4(a)、4(b)放置于成像体1上，且第一对激励电极3(a)、3(b)和第二对激励电极4(a)、4(b)的连线呈垂直状态固定在成像体1上，且第一对激励电极3(a)、3(b)和第二对激励电极4(a)、4(b)的接通状态由双刀双掷开关8控制；第一对激励电极3(a)、3(b)和第二对激励电极4(a)、4(b)将激励源2发出的激励电流导入成像体1；测量线圈5沿成像体1外移动进行一维或二维方向上的扫描；测量装置6通过测量线圈5采集到的成像体1外部多组磁感应强度分布曲线，并传输至处理器，所述处理器对采集到的磁感应强度分布和激励电流大小，重建出所述成像体的电导率分布图像。
进一步地，为满足实际应用中的多种需要，本发明实施例中的激励源2优选为电压源或电流源。第一对激励电极3(a)、3(b)和第二对激励电极4(a)、4(b)将激励源2发出的激励信号引入成像体1，具有特定电导率分布的成像体1内部将形成特定的电流密度分布，进而在成像体1外部产生特定的磁感应强度分布，测量线圈5沿成像体1外部进行一维或二维方向上的扫描，可对成像体1外部的磁感应强度分布进行测量。
进一步地，本发明中的激励源模块为单一频率或多频率且幅值可调电压源或电流源。
一种电导率成像的信息获取方法，包括以下步骤：
101：双刀双掷开关8控制第一对激励电极3(a)、3(b)和第二对激励电极4(a)、4(b)的接通状态，用以改变成像体1内电场分布，以至于改变成像体1外部磁感应强度的分布；
其中，两对激励电极的接通状态需要根据实际情况设定，具体实现时，本发明实施例不对此进行限制；
其中，双刀双掷开关8控制第一对激励电极3(a)、3(b)和第二对激励电极4(a)、4(b)的接通状态具体为：接通第一对激励电极3(a)、3(b)，或接通第二对激励电极4(a)、4(b)；
102：改变双刀双掷开关8状态，接通第一对激励电极3(a)、3(b)；
103：测量线圈5沿成像体1外移动进行一维或二维方向上的扫描；测量装置6通过测量线圈5采集成像体1外部多组磁感应强度分布曲线；
其中，测量线圈5沿成像体1外移动进行一维或二维方向上的扫描具体为：
在对成像体1进行电导率分布图像的二维重建时，测量线圈5进行一维扫描；在对成像体1进行电导率分布图像的三维重建时，测量线圈5进行二维扫描，获得成像体1外部沿着扫描路径分布的所述多组磁感应强度分布曲线；
104：判断测量线圈5的移动范围是否覆盖预设区域，如果是，执行步骤105；如果否，重新执行步骤103；
105：改变双刀双掷开关8状态，接通第二对激励电极4(a)、4(b)；
106：测量线圈5沿成像体1外移动进行一维或二维方向上的扫描；测量装置6通过测量线圈5采集成像体1外部多组磁感应强度分布曲线；
其中，测量线圈5沿成像体1外移动进行一维或二维方向上的扫描具体为：
在对成像体1进行电导率分布图像的二维重建时，测量线圈5进行一维扫描；在对成像体1进行电导率分布图像的三维重建时，测量线圈5进行二维扫描，获得成像体1外部沿着扫描路径分布的所述多组磁感应强度分布曲线；
107：判断测量线圈5的移动范围是否覆盖预设区域，如果是，执行步骤108；如果否，重新执行步骤106；
108：测量装置6将多组磁感应强度和激励电流分布曲线传输至处理器7，处理器7对多组磁感应强度和激励电流分布曲线进行插值或抽样得到重建所需信息，通过重建所需信息重建成像体1的电导率分布图像。
实施例1
参见图2，第一对激励电极3(a)、3(b)和第二对激励电极4(a)、4(b)放置在成像体1上，且第一对激励电极3(a)、3(b)和第二对激励电极4(a)、4(b)的连线呈垂直状态固定在成像体1上。激励信号为一定频率的恒定电流。将双刀双掷开关开至a位置，使激励信号通过第一对激励电极3(a)、3(b)施加于成像体1上。测量线圈5沿成像体1外部移动进行一维或二维方向上的扫描，通过移动测量线圈5获得成像体1外部磁感应强度分布曲线；待测量线圈5围绕成像体外部扫描完整的一个包络面，将双刀双掷开关开至b位置，使激励信号通过第二对激励电极4(a)、4(b)施加于成像体1上，并重复移动测量线圈5围绕成像体外部扫描完整的一个包络面。测量装置6最终获得各种分布下的多组成像体外部磁感应强度分布曲线，进而将多组成像体外部磁感应强度分布曲线传输至处理器7对多组磁感应强度和激励电流分布曲线进行插值或抽样得到的重建所需信息，通过重建所需信息重建成像体1的电导率分布图像。
综上所述本发明提供了一种电导率成像的测量系统及其信息获取方法，本发明通过移动两个激励电极改变成像体内部电场分布，进而改变成像体外部磁感应强度分布，不断移动测量线圈获取被测成像体外部扫描路径上的多组磁感应强度分布曲线，并传输至所述处理器，处理器对多组磁感应强度曲线和激励电流曲线进行处理，重建成像体内部的电导率分布图像，本发明丰富了对磁场分布测量的信息量，克服了电导率成像中电极与成像体接触而产生的误差，提高了电导率(谱)图像重建的质量。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电导率成像的测量系统，其特征在于，所述电导率成像测量系统包括第一对激励电极、第二对激励电极、测量线圈、激励源、测量装置和处理器，其中，
所述第一对激励电极和所述第二对激励电极放置于所述成像体上，且所述第一对激励电极和所述第二对激励电极的连线呈垂直状态固定在所述成像体上，且所述第一对激励电极和所述第二对激励电极的接通状态由所述双刀双掷开关控制；所述第一对激励电极和所述第二对激励电极将所述激励源发出的激励电流导入所述成像体；所述测量线圈沿所述成像体外移动进行一维或二维方向上的扫描；所述测量装置通过所述测量线圈采集到的所述成像体外部多组磁感应强度分布曲线，并传输至所述处理器，所述处理器对采集到的磁感应强度分布和激励电流大小，重建出所述成像体的电导率分布图像。
2.根据权利要求1所述的一种电导率成像的测量系统，其特征在于，所述激励源具体为：单一频率或多频率且幅值可调电压源或电流源。
3.一种用于权利要求1所述的一种电导率成像的测量系统的电导率信息获取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)所述双刀双掷开关控制所述第一对激励电极和所述第二对激励电极的接通状态，用以改变所述成像体内电场分布，以至于改变成像体外部磁感应强度的分布；
(2)改变所述双刀双掷开关状态，接通所述第一对激励电极；
(3)所述测量线圈沿所述成像体外移动进行一维或二维方向上的扫描；所述测量装置通过所述测量线圈采集到的所述成像体外部多组磁感应强度分布曲线；
(4)判断所述测量线圈的移动范围是否覆盖预设区域，如果是，执行步骤(5)；如果否，重新执行步骤(3)；
(5)改变所述双刀双掷开关状态，接通所述第二对激励电极；
(6)所述测量线圈沿所述成像体外移动进行一维或二维方向上的扫描；所述测量装置通过所述测量线圈采集到的所述成像体外部多组磁感应强度分布曲线；
(7)判断所述测量线圈的移动范围是否覆盖预设区域，如果是，执行步骤(8)；如果否，重新执行步骤(6)；
(8)所述测量装置将所述多组磁感应强度和激励电流分布曲线传输至所述处理器，所述处理器对所述多组磁感应强度和激励电流分布曲线进行插值或抽样得到重建所需信息，通过所述重建所需信息重建所述成像体的电导率分布图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的所述双刀双掷开关控制所述第一对激励电极和所述第二对激励电极的接通状态，用以改变所述成像体内电场分布，以至于改变成像体外部磁感应强度的分布具体为：
接通第一对激励电极，或，
接通第二对激励电极。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)与步骤(6)中的所述测量线圈沿所述成像体外移动进行一维或二维方向上的扫描具体为：
在对所述成像体进行电导率分布图像的二维重建时，所述测量线圈进行一维扫描；在对所述成像体进行电导率分布图像的三维重建时，所述测量线圈进行二维扫描，获得所述成像体外部沿着扫描路径分布的所述多组磁感应强度分布曲线。
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