專利名稱：一種磁感應(yīng)式磁共振電阻率成像方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)成像方法，特別涉及一種利用磁共振成像技術(shù)和磁感應(yīng)原理的阻抗成像方法及裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的磁共振電阻抗成像方法(如美國專利US6,397,095 B1)利用激勵電極向成像目標(biāo)體注入電流，通過測量電極測量目標(biāo)體邊界處的電壓，通過磁共振技術(shù)檢測注入電流在成像目標(biāo)體內(nèi)產(chǎn)生的磁場分布，利用表面電壓和成像目標(biāo)內(nèi)部的磁場信息應(yīng)用等電位線反投影方法重建成像目標(biāo)的阻抗分布圖像。這種磁共振電阻抗成像方法存在如下問題，主要是(1)在成像目標(biāo)表面放置的電極存在接觸阻抗，電極的擺放情況在很大程度上影響到阻抗分布圖像；(2)如果成像目標(biāo)內(nèi)存在電流屏蔽，例如人腦部中的顱骨，則注入電流很難通過，從而影響成像效果。
針對傳統(tǒng)磁共振電阻抗成像技術(shù)的不足，中國科學(xué)院電工研究所提出了一項發(fā)明專利(一種阻抗成像方法及裝置，申請?zhí)?00310112963.2)，通過一對亥姆霍茲線圈施加的交變電流激勵在成像目標(biāo)體內(nèi)感應(yīng)出電流，電流產(chǎn)生的磁場分布利用磁共振技術(shù)測得，利用測得的磁場分布和電磁輻射測量儀測得激勵線圈在無成像目標(biāo)時成像區(qū)域的磁場及電場分布，應(yīng)用電場強度和磁場強度的積分方程重建成像目標(biāo)的阻抗分布圖像。相對于傳統(tǒng)磁共振電阻抗成像方法而言，利用線圈激勵的方式既避免了使用電極應(yīng)起的接觸阻抗及擺放位置對成像目標(biāo)阻抗分布圖像的影響，又避免了出現(xiàn)類似絕緣體的組織所產(chǎn)生注入電流難以穿過的問題，提高電阻抗成像的精度。然而，這種方法仍存在如下不足，主要是(1)需要用電磁輻射測量儀測量激勵線圈在無成像目標(biāo)時成像區(qū)域的電場和磁場分布，作為系統(tǒng)參數(shù)存儲；(2)初始磁場通過電磁輻射測量儀獲得，成像物體存在時的磁場通過磁共振獲得，兩種不同測量方式的測量誤差不同，導(dǎo)致成像誤差較大；(3)重建算法中涉及磁場型和電場型并矢格林函數(shù)，其奇異性處理起來非常繁瑣；(4)采用一對亥姆霍茲線圈作為激勵，圖像重建過程中所形成的系數(shù)矩陣存儲單元的條件數(shù)較大，逆問題的病態(tài)性嚴(yán)重，影響成像精度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是(1)克服現(xiàn)有技術(shù)需要電磁輻射測量儀的繁瑣和不足，避免同時利用電磁輻射測量儀和磁共振兩種不同測量方式導(dǎo)致的較大成像誤差；(2)避免圖像重構(gòu)磁場型和電場型并矢格林函數(shù)奇異性處理的繁瑣與困難；(3)克服一對亥姆霍茲線圈交變電流激勵時圖像重建過程逆問題的病態(tài)性。
為此本發(fā)明提出一種準(zhǔn)確測量目標(biāo)體電阻率分布、據(jù)此進(jìn)行圖像重構(gòu)的磁感應(yīng)式磁共振電阻率成像方法及其裝置。
本發(fā)明方法利用激勵線圈組產(chǎn)生交變電流激勵，在成像目標(biāo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用磁共振得到包含實部和虛部的總磁場在主磁場方向的分量引起的相移，從該相移與激勵線圈組不施加電流的相移差中，獲得總磁場主磁場方向(z方向)的分量的分布。本發(fā)明裝置中的激勵線圈組由四個平面圓形激勵線圈組成，四個激勵線圈兩兩相切地對稱布置，其中心軸線與主磁場方向有相同夾角。本發(fā)明可使成像目標(biāo)體內(nèi)部產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小和方向不同，因此反映成像體的電阻率分布的已知信息量更豐富，降低了圖像重構(gòu)系數(shù)矩陣的條件數(shù)，逆問題病態(tài)性明顯改善，電阻率精度大幅度提高。
本發(fā)明方法摒棄了采用電磁輻射測量儀獲得初始磁場和電場分布的方法，根據(jù)下面建立的總磁場z分量與電阻率的非線性關(guān)系，獲得成像目標(biāo)體的電阻率圖像。
重建原理描述如下激勵線圈激發(fā)角頻率ω的交變磁場滿足麥克斯韋方程組×E＝-iωB (1)×B＝μ0J (2)J＝σE(3)其中σ、μ0分別為電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，E為電場強度，B為磁通密度，J為電流密度，i=-1]]>為虛數(shù)單位。
將(3)式兩端同乘以電阻率ρ后代入(1)式，展開得ρ×J+ρ×J＝-iωB(4)對(2)式兩端同除μ0并求旋度，有1μ0▿×▿×B=▿×J---(5)]]>對(5)式利用矢量恒等式××B＝.B-2B＝-2B，可得-2B＝×J (6)
將(6)式代入(4)式，并提取其z分量，有∂ρ∂xJy-∂ρ∂yJx-ρ▿2BZμ0=-iωBz---(7)]]>其中Jx、Jy分別為電流密度的x，y分量，Bz為磁感應(yīng)強度的z分量(Jx、Jy和BZ為復(fù)數(shù)，分別包含實部分量JxR、JyR、BZR和虛部分量JxI、JyI、BZI)。
將(7)式按實部和虛部分解，則有∂ρ∂xJyR-∂ρ∂yJxR-ρ▿2BzRμ0=ωBzI∂ρ∂xJyI-∂ρ∂yJxI-ρ▿2BzIμ0=-ωBzR---(8)]]>BZR和BZI可以利用磁共振測得，而Jx、Jy依賴于ρ，因此(8)式所描述的偏微分方程組是非線性的，采用迭代法重構(gòu)電阻率ρ的分布。即(1)根據(jù)重建目標(biāo)體建立立方體的元胞剖分的幾何模型，對于任意一個x，y切片，取離散步長為Δx＝Δy＝h，x，y方向分別包含L和M個單元，則每一切片含有L×M個單元；(2)對子區(qū)域賦予初始電阻率后存儲在區(qū)域電阻率單元中；(3)用三維電磁場有限元求解器獲得成像目標(biāo)體電流密度分布Jx和Jy，分別將其分解為實部分量JxR、JyR和虛部分量JxI、JyI；(4)對(8)式采用有限差分離散，對于任意一個單元，有[ρ(i+1,j,k)-ρ(i-1,j,k)]JyR(i,j,k)-[ρ(i.j+1,k)-ρ(i,j-1,k)]JxR(i,j,k)-2hρ(i,j,k)μ0▿2BzR(i,j,k)=2hωBzI(i,j,k)[ρ(i+1,j,k)-ρ(i-1,j,k)]JyI(i,j,k)-[ρ(i,j+1,k)-ρ(i,j-1,k)]JxI(i,j,k)-2hρ(i,j,k)μ0▿2BzI(i,j,k)=-2hωBzR(i,j,k)---(9)]]>其中▿2BzR(i,j,k)=16[BzR(i+1,j,k)+BzR(i-1,j,k)+BzR(i,j+1,k)+BZR(i,j-1,k)+BzR(i,j,k+1)+BzR(i,j,k-1)-BZR(i,j,k)]▿2BzI(i,j,k)=16[BzI(i+1,j,k)+BzI(i-1,j,k)+BzI(i,j+1,k)+BzI(i,j-1,k)+BzI(i,j,k+1)+BzI(i,j,k-1)-BzI(i,j,k)]---(10)]]>
L×M個單元形成2×L×M個方程組，對于四個激勵模式而言，所形成方程組的組合系數(shù)矩陣S的維數(shù)為P×P，而P＝8×L×M；(5)對組合系數(shù)矩陣S奇異值分解得到廣義逆矩陣S-；(6)將測得的磁場BZR和BZI按區(qū)域放入磁場向量存儲單元；(7)利用乘法器進(jìn)行廣義逆矩陣和磁場向量相乘得到更新后電阻率分布；(8)設(shè)定迭代終止條件本次電阻率分布減去初始電阻率分布，求其2范數(shù)，與初始電阻率分布的2范數(shù)相除，如果它小于預(yù)先給定的精度，則迭代過程終止；否則，用新的電阻率分布更新區(qū)域電阻率存儲單元，重復(fù)步驟(3)～(8)；(9)將區(qū)域電阻率分布按高低不同進(jìn)行圖像顯示。
采用上述本發(fā)明方法的磁共振電阻抗成像裝置，它由電流激勵線圈組、磁共振成像磁體、射頻發(fā)射線圈及梯度線圈、磁共振信號接收線圈、磁共振成像系統(tǒng)、激勵電流源和計算機組成。磁共振成像系統(tǒng)包括成像譜儀、射頻功放和梯度電源。射頻發(fā)射線圈一般采用平面線圈，安裝在磁共振成像磁體的上下極板上，用于對成像目標(biāo)的空間位置進(jìn)行編碼。接收線圈罩在成像目標(biāo)的外面，用于接收磁共振的回波信號，不同的成像目標(biāo)可以有不同的接收線圈。磁共振成像磁體、激勵線圈組、射頻發(fā)射線圈、梯度線圈及磁共振信號接收線圈置于射頻屏蔽室內(nèi)，磁共振成像系統(tǒng)和激勵電流源放在射頻屏蔽室外，通過電纜與射頻發(fā)射線圈、梯度線圈、磁共振信號接收線圈相連接。激勵線圈組和激勵電流源通過電纜連接。成像序列通過計算機輸入到成像譜儀，成像譜儀根據(jù)成像序列控制射頻功放和梯度電源，從而實現(xiàn)對射頻線圈和梯度線圈的控制，并通過控制激勵電流源實現(xiàn)對激勵線圈組的控制，磁共振信號接收線圈將接收到的信號傳遞到成像譜儀，由成像譜儀傳遞到計算機進(jìn)行圖像重建。
本發(fā)明磁共振成像裝置用于產(chǎn)生交變電流的激勵線圈組由四個線圈組成，分別安裝在開放式磁共振成像系統(tǒng)上極板的射頻線圈上方，各線圈的中心軸線與主磁場方向，即z方向，有相同的夾角(10°～45°)。線圈由多匝銅線密繞成空心圓柱，激勵電流源在磁共振成像系統(tǒng)的驅(qū)動單元利用磁共振譜儀的一路控制信號經(jīng)過功率放大實現(xiàn)，它為激勵線圈供電，單獨施加給每個激勵線圈的電流應(yīng)該保證可在成像區(qū)域產(chǎn)生15～25高斯不均勻分布的磁場。
本發(fā)明測量BZ的步驟描述如下(1)放入成像目標(biāo)，在激勵線圈不加電的情況下，利用磁共振成像系統(tǒng)和自旋回波成像序列，得到不存在激勵磁場時的磁共振信號，通過傅立葉變換可以得到此情況下成像目標(biāo)的相位圖像Φ0(x，y)。
(2)記二次磁場z分量的實部和虛部分別為BSZR和BSZI，總磁場的z分量BZ是初次磁場的z分量BPZ與二次磁場的z分量BsZ之和，其實部BZR為BSZR與初次磁場的z分量BPZ之和，虛部BZI為BSZI。在四個激勵線圈依次加電的情況下，利用磁共振成像系統(tǒng)和自旋回波成像序列，與不加電時的成像序列相比，不同之處在于相位編碼的同時施加激勵磁場，N次180°(N為大于2的奇數(shù))射頻脈沖施加在BPZ的峰值上，得到磁共振信號，通過傅立葉變換可以得到此種情況下成像目標(biāo)的相位圖像Φ1(x，y)。
(3)在四個激勵線圈加電的情況下，利用磁共振成像系統(tǒng)和自旋回波成像序列，與不加電時的成像序列相比，不同之處在于相位編碼的同時施加激勵磁場，N次180°射頻脈沖(N是大于2的奇數(shù))施加在BSZI的峰值上，在每個半周期內(nèi)BSZI產(chǎn)生的相移為零，而BSZI比BZR滯后90°，得到磁共振信號，通過傅立葉變換可以得到此種情況下成像目標(biāo)的相位圖像Φ2(x，y)。
(4)對(1)(2)兩次磁共振圖像的相位進(jìn)行比較，得到這兩種情況下磁共振圖像的相位差異ΔΦ1(x，y)＝Φ1(x，y)-Φ0(x，y)，根據(jù)方程ΔΦ1(x，y)＝(-1)Nγ<BSZ(x，y)>TC(其中γ、TC、<BSZ(x，y>分別是旋磁比、電流持續(xù)時間和BSZ正半周期內(nèi)的時間均值)計算得到成像目標(biāo)中的總磁場在主磁場方向的虛部分量BZI。
(5)對(1)(3)兩次磁共振圖像的相位進(jìn)行比較，得到這兩種情況下磁共振圖像的相位差異ΔΦ2(x，y)＝Φ2(x，y)-Φ0(x，y)，根據(jù)方程ΔΦ2(x，y)＝(-1)Nγ<BRZ(x，y)>TC(其中<BRZ(x，y)>為BRZ正半周期內(nèi)的時間均值)計算得到成像目標(biāo)中的總磁場在主磁場方向的實部分量BZR。
(6)利用上面(4)和(5)獲得了BZ，根據(jù)方程(8)揭示的電阻率和總磁場分布的關(guān)系，重建成像目標(biāo)的電阻率分布圖像。
本發(fā)明方法具有以下特點本發(fā)明方法不需要測量成像目標(biāo)表面電勢分布，不需要采用電磁輻射測量儀測量無成像物體時成像區(qū)域的電場和磁場分布，只利用感應(yīng)激勵、磁共振測量成像目標(biāo)中的總磁場沿主磁場方向的分量分布的測量方式，獲得總磁場沿主磁場方向的分量的分布即可實現(xiàn)成像，減少了同時使用電磁輻射測量儀由于不同測量方式不同引起的電阻率精度誤差。這樣既可以獲取更豐富的數(shù)據(jù)量，可以準(zhǔn)確求得成像目標(biāo)的電阻率分布。
本發(fā)明方法在圖像重構(gòu)器上，不再利用磁場型和電場型積分方程重建原理，而是利用總磁場沿主磁場方向的分量與電阻率的偏微分方程建立的非線性關(guān)系進(jìn)行重建，不需要處理磁場型和電場型并矢格林函數(shù)奇異性。
在圖像重構(gòu)的數(shù)據(jù)利用上，本發(fā)明方法同時利用四個線圈激勵獲得總磁場分布，同時總磁場既包括實部分量也包括虛部分量，豐富的數(shù)據(jù)量使得電阻率精度顯著提高。
本發(fā)明裝置在激勵模式方面，采用四個線圈分別激勵，和已有技術(shù)激勵的初始磁場在成像區(qū)域內(nèi)為均勻磁場，在成像目標(biāo)體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相近的情況對比，本發(fā)明可使成像目標(biāo)體內(nèi)部產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小和方向不同，因此反映成像體的電阻率分布的已知信息量豐富，降低了圖像重構(gòu)系數(shù)矩陣的條件數(shù)，逆問題病態(tài)性明顯改善，獲得成像目標(biāo)體的電阻率精度大幅度提高。
本發(fā)明裝置摒棄了電磁輻射測量儀，避免了測量初始磁場分布和電場分布，也無需將其作為系統(tǒng)參數(shù)儲存，克服了已有技術(shù)操作的繁瑣。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明裝置具體實施方式
結(jié)構(gòu)示意圖，圖中10激勵線圈組，20磁共振成像磁體、射頻線圈及梯度線圈，40磁共振成像系統(tǒng)，50激勵電流源，60計算機，70圖像重構(gòu)器；圖2為本發(fā)明裝置激勵線圈組的示意圖；圖3為本發(fā)明圖像重構(gòu)器原理框圖。
具體實施例如圖1所示，本發(fā)明磁感應(yīng)磁共振電阻抗成像裝置包括激勵電流源50、磁共振成像系統(tǒng)40、計算機60，圖像重構(gòu)器70。激勵電流源50、磁共振成像系統(tǒng)40、計算機60，圖像重構(gòu)器70依次順序連接。20表示磁共振成像磁體、射頻線圈及梯度線圈。激勵線圈組10安裝在磁共振成像磁體的上極板。激勵線圈組10如圖2所示，由四個平面圓形激勵線圈1、2、3、4組成， 線圈1、2、3、4兩兩相切地對稱布置，線圈中心軸線與主磁場方向有相同夾角。各線圈并聯(lián)接在激勵電流源50上，激勵電流源50的端電壓為120V，最大輸出電流為80安培。
磁共振成像系統(tǒng)40包括成像譜儀、射頻功放和梯度電源，磁共振信號接收線圈30與磁共振成像系統(tǒng)40中的成像譜儀相連接，并置于磁共振磁體產(chǎn)生的主磁場中。激勵電流源50利用磁共振成像系統(tǒng)40中的磁共振譜儀的一路控制信號經(jīng)過功率放大實現(xiàn)。
在本實施例中，每個線圈的內(nèi)直徑為400mm，外直徑為450mm，高度為5mm，由Φ5mm的銅線密繞而成，匝數(shù)為10。各個線圈的軸線與主磁場方向的夾角為20°，激勵電流為70安培，則在成像區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生15-25的不均勻磁場。
本發(fā)明感應(yīng)式磁共振電阻率成像方法具體實施例的步驟如下(1)初始相位圖像Φ0(x，y)的獲得成像目標(biāo)80放置在由磁共振成像磁體產(chǎn)生的磁場中，接收線圈30罩在成像目標(biāo)的外面，用來接收磁共振的回波信號。主磁場強度為0.25特斯拉，拉莫頻率約為10MHz，磁場梯度為120高斯/米。利用磁共振成像系統(tǒng)和自旋回波成像序列，得到不存在激勵磁場時的磁共振信號，通過傅立葉變換可以得到此情況下成像目標(biāo)的相位圖像Φ0(x，y)。
(2)相位圖像Φ1(x，y)的獲得由激勵電流源50產(chǎn)生頻率為1kHZ、電流強度峰值為I＝70A的正弦信號，分別輸入給激勵線圈1、2、3和4，利用磁共振成像系統(tǒng)，與不加電時的成像序列相比，不同之處在于相位編碼的同時施加激勵磁場，N次180°射頻脈沖施加在初次磁密BPZ的峰值上，在本實施里中，N取39次，得到磁共振信號，通過傅立葉變換可以得到此種情況下成像目標(biāo)的相位圖像Φ1(x，y)。
(3)相位圖像Φ2(x，y)由激勵電流源50產(chǎn)生頻率為1kHZ、電流強度峰值為I＝70A的正弦信號，分別輸入給激勵線圈1、2、3和4，利用磁共振成像系統(tǒng)與不加電時的成像序列相比，不同之處在于相位編碼的同時施加激勵磁場，N次180°射頻脈沖施加在二次磁密BPZ的峰值上，在本實施里中，N取39次，得到磁共振信號，通過傅立葉變換可以得到此種情況下成像目標(biāo)的相位圖像Φ2(x，y)。
(4)總磁場虛部分量對相位圖像Φ1(x，y)和Φ0(x，y)進(jìn)行比較，根據(jù)方程ΔΦ1(x，y)＝(-1)Nγ<BSZ(x，y)>TC計算得到成像目標(biāo)中的總磁場在主磁場方向的虛部分量。
(5)總磁場實部分量對相位圖像Φ2(x，y)和Φ0(x，y)進(jìn)行比較，根據(jù)方程ΔΦ2(x，y)＝(-1)Nγ<BRZ(x，y)>TC計算得到成像目標(biāo)中的總磁場在主磁場方向的實部分量。
(6)圖像重構(gòu)利用總磁場根據(jù)方程(8)和重構(gòu)器實現(xiàn)框圖重構(gòu)出電阻率分布圖像。
圖3為本發(fā)明圖像重構(gòu)器原理框圖。
如圖3所示，步驟1，根據(jù)重建目標(biāo)體建立立方體元胞剖分的幾何模型，對于任意一個x，y切片，取離散步長為Δx＝Δy＝h，x，y方向分別包含L和M個單元，則每一切片含有L×M個單元；步驟2，對子區(qū)域賦予初始電阻率后存儲在區(qū)域電阻率單元中；步驟3，用三維電磁場有限元求解器獲得成像目標(biāo)體電流密度分布Jx和Jy，分別將其分解為實部分量JxR、JyR和虛部分量JxI、JyI；步驟4，對(8)式采用有限差分離散，對于任意一個單元，有[ρ(i+1,j,k)-ρ(i-1,j,k)]JyR(i,j,k)-[ρ(i,j+1,k)-ρ(i,j-1,k)]JxR(i,j,k)-2hρ(i,j,k)μ0▿2BzR(i,j,k)=2hωBzI(i,j,k)[ρ(i+1,j,k)-ρ(i-1,j,k)]JyI(i,j,k)-[ρ(i,j+1,k)-ρ(i,j-1,k)]JxI(i,j,k)-2hρ(i,j,k)μ0▿2BzI(i,j,k)=-2hωBzR(i,j,k)---(9)]]>其中▿2BzR(i,j,k)=16[BzR(i+1,j,k)+BzR(i-1,j,k)+BzR(i,j+1,k)+BzR(i,j-1,k)+BzR(i,j,k+1)+BzR(i,j,k-1)-BzR(i,j,k)]▿2BzI(i,j,k)=16[BzI(i+1,j,k)+BzI(i-1,j,k)+BzI(i,j+1,k)+BzI(i,j-1,k)+BzI(i,j,k+1)+BzI(i,j,k-1)-BzI(i,j,k)]---(10)]]>L×M個單元形成2×L×M個方程組，對于四個激勵模式而言，所形成方程組的組合系數(shù)矩陣S的維數(shù)為P×P，而P＝8×L×M；步驟5，對組合系數(shù)矩陣S奇異值分解得到廣義逆矩陣S-；步驟6，將測得的磁場BZR和BZI按區(qū)域放入磁場向量存儲單元；步驟7，利用乘法器進(jìn)行廣義逆矩陣和磁場向量相乘得到更新后電阻率分布；步驟8，設(shè)定迭代終止條件本次電阻率分布減去初始電阻率分布，求其2范數(shù)，與初始電阻率分布的2范數(shù)相除，如果它不小于預(yù)先給定的精度，執(zhí)行步驟10，用新的電阻率分布更新區(qū)域電阻率存儲單元，返回步驟3，重復(fù)執(zhí)行步驟3～8，直到步驟8的判斷結(jié)果為是，則迭代過程終止，執(zhí)行步驟9，將區(qū)域電阻率分布按高低不同進(jìn)行圖像顯示。
權(quán)利要求
1.一種磁感應(yīng)式磁共振電阻率成像方法，其特征在于利用激勵線圈組[10]產(chǎn)生交變電流激勵，在成像目標(biāo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用磁共振得到包含實部和虛部的總磁場在主磁場方向的分量BZ引起的相移，從該相移與激勵線圈組[10]不施加電流的相移差中，獲得總磁場在主磁場方向的分量BZ分布，根據(jù)BZ與電阻率ρ的非線性關(guān)系，獲得成像目標(biāo)體的電阻率圖像。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁感應(yīng)式磁共振電阻率成像方法，其特征在于BZ的測量步驟如下(1)放入成像目標(biāo)，在激勵線圈不加電的情況下，利用磁共振成像系統(tǒng)和自旋回波成像序列，得到不存在激勵磁場時的磁共振信號，通過傅立葉變換可以得到此情況下成像目標(biāo)的相位圖像Φ0(x，y)；(2)記二次磁場z分量的實部和虛部分別為BSZR和BSZI，總磁場的z分量BZ是初次磁場的z分量BPZ與二次磁場的z分量BSZ之和，其實部BZR為BSZR與初次磁場的z分量BPZ之和，虛部BZI為BSZI。在四個激勵線圈依次加電的情況下，利用磁共振成像系統(tǒng)和自旋回波成像序列，與不加電時的成像序列相比，不同之處在于相位編碼的同時施加激勵磁場，N次180°(N為大于2的奇數(shù))的射頻脈沖施加在BPZ的峰值上，得到磁共振信號，通過傅立葉變換可以得到此種情況下成像目標(biāo)的相位圖像Φ1(x，y)；(3)在四個激勵線圈加電的情況下，利用磁共振成像系統(tǒng)和自旋回波成像序列，與不加電時的成像序列相比，不同之處在于相位編碼的同時施加激勵磁場，N次180°射頻脈沖(N是大于2的奇數(shù))施加在BSZI的峰值上，在每個半周期內(nèi)BSZI產(chǎn)生的相移為零，而BSZI比BZR滯后90°，得到磁共振信號，通過傅立葉變換可以得到此種情況下成像目標(biāo)的相位圖像Φ2(x，y)；(4)對(1)、(2)兩次磁共振圖像的相位進(jìn)行比較，得到這兩種情況下磁共振圖像的相位差異ΔΦ1(x，y)＝Φ1(x，y)-Φ0(x，y)，根據(jù)方程ΔΦ1(x，y)＝(-1)Nγ<BSZ(x，y)>TC(其中γ、TC、<BSZ(x，y>分別是旋磁比、電流持續(xù)時間和BSZ正半周期內(nèi)的時間均值)計算得到成像目標(biāo)中的總磁場在主磁場方向的虛部分量BZI；(5)對(1)、(3)兩次磁共振圖像的相位進(jìn)行比較，得到這兩種情況下磁共振圖像的相位差異ΔΦ2(x，y)＝Φ2(x，y)-Φ0(x，y)，根據(jù)方程ΔΦ2(x，y)＝(-1)Nγ<BRZ(x，y)>TC(其中<BRZ(x，y)>為BRZ正半周期內(nèi)的時間均值)計算得到成像目標(biāo)中的總磁場在主磁場方向的實部分量BZR；(6)利用上面(4)和(5)獲得了BZ；(7)建立BZ和電阻率ρ的非線性關(guān)系激勵線圈激發(fā)角頻率ω的交變磁場滿足麥克斯韋方程組×E＝-iωB (1)×B＝μ0J (2)J＝σE (3)其中σ、μ0分別為電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，E為電場強度，B為磁通密度，J為電流密度，i=-1]]>為虛數(shù)單位；將(3)式兩端同乘以電阻率ρ后代入(1)式，展開得ρ×J+ρ×J＝-iωB (4)對(2)式兩端同除μ0并求旋度，有1μ0▿×▿×B=▿×J---(5)]]>對(5)式利用矢量恒等式×× B＝·B-2B＝-2B，可得-2B＝×J (6)將(6)式代入(4)式，并提取其z分量，有∂ρ∂xJy-∂ρ∂yJx-ρ▿2Bzμ0=-iωBz---(7)]]>其中Jx、Jy分別為電流密度的x，y分量，BZ為磁感應(yīng)強度的z分量(Jx、Jy和BZ為復(fù)數(shù)，分別包含實部分量JxR、JyR、BZR和虛部分量JxI、JyI、BZI)；將(7)式按實部和虛部分解，則有∂ρ∂xJyR-∂ρ∂yJxR-ρ▿2BzRμ0=ωBzI∂ρ∂xJyI-∂ρ∂yJxI-ρ▿2BzIμ0=-ωBzR---(8)]]>
3.按照權(quán)利要求1所述的磁感應(yīng)式磁共振電阻率成像方法，其特征在于利用BZ以及BZ和電阻率ρ的非線性關(guān)系重構(gòu)電阻率ρ的分布的方法步驟順序如下步驟1，根據(jù)重建目標(biāo)體建立立方體元胞剖分的幾何模型，對于任意一個x，y切片，取離散步長為Δx＝Δy＝h，x，y方向分別包含L和M個單元，則每一切片含有L×M個單元；步驟2，對子區(qū)域賦予初始電阻率后存儲在區(qū)域電阻率單元中；步驟3，用三維電磁場有限元求解器獲得成像目標(biāo)體電流密度分布Jx和Jy，分別將其分解為實部分量JxR、JyR和虛部分量JxI、JyI；步驟4，對(8)式采用有限差分離散，對于任意一個單元，有[ρ(i+1,j,k)-ρ(i-1,j,k)]JyR(i,j,k)-[ρ(i,j+1,k)-ρ(i,j-1,k)]JxR(i,j,k)-2hρ(i,j,k)μ0▿2BzR(i,j,k)=2hωBzI(i,j,k)[ρ(i+1,j,k)-ρ(i-1,j,k)]JyI(i,j,k)-[ρ(i,j+1,k)-ρ(i,j-1,k)]JxI(i,j,k)-2hρ(i,j,k)μ0▿2BzI(i,j,k)=-2hωBzR(i,j,k)---(9)]]>其中▿2BzR(i,j,k)=16[BzR(i+1,j,k)+BzR(i-1,j,k)+BzR(i,j+1,k)+BzR(i,j-1,k)+BzR(i,j,k+1)+BzR(i,j,k-1)-BzR(i,j,k)]▿2BzI(i,j,k)=16[BzI(i+1,j,k)+BzI(i-1,j,k)+BzI(i,j+1,k)+(i,j-1,k)+BzI(i,j,k+1)+BzI(i,j,k-1)-BzI(i,j,k)]---(10)]]>L×M個單元形成2×L×M個方程組，對于四個激勵模式而言，所形成方程組的組合系數(shù)矩陣S的維數(shù)為P×P，而P＝8×L×M；步驟5，對組合系數(shù)矩陣S奇異值分解得到廣義逆矩陣S-；步驟6，將測得的磁場BzR和BZI按區(qū)域放入磁場向量存儲單元；步驟7，利用乘法器進(jìn)行廣義逆矩陣和磁場向量相乘得到更新后電阻率分布；步驟8，設(shè)定迭代終止條件本次電阻率分布減去初始電阻率分布，求其2范數(shù)，與初始電阻率分布的2范數(shù)相除，如果它不小于預(yù)先給定的精度，執(zhí)行步驟10，用新的電阻率分布更新區(qū)域電阻率存儲單元，返回步驟3，重復(fù)執(zhí)行步驟3～8，直到步驟8的判斷結(jié)果為是，則迭代過程終止，執(zhí)行步驟9，將區(qū)域電阻率分布按高低不同進(jìn)行圖像顯示。
4.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的磁感應(yīng)式磁共振電阻率成像方法的裝置，其特征在于激勵線圈組[10]由四個平面圓形激勵線圈[1]、[2]、[3]、[4]組成，線圈[1]、[2]、[3]、[4]兩兩相切地對稱布置，線圈中心軸線與主磁場方向有相同夾角。
全文摘要
一種磁感應(yīng)式磁共振電阻率成像方法，由激勵線圈組[10]產(chǎn)生交變電流激勵，利用磁共振得到包含實部分量和虛部分量的總磁場在主磁場方向的分量B
文檔編號A61B5/053GK1981700SQ20051013060
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者劉國強, 蒙萌, 王濤, 王新立, 王浩 申請人:中國科學(xué)院電工研究所