專利名稱：用于磁感應(yīng)斷層成像的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁感應(yīng)斷層成像，特別是涉及用于磁感應(yīng)斷層成像掃描器的特定線圈
直O(jiān)
背景技術(shù)：
磁感應(yīng)斷層成像(MIT)是一種應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)學(xué)成像的非侵入且無接觸的成像技 術(shù)。與其它電學(xué)成像技術(shù)對比，MIT不要求傳感器與關(guān)注對象直接接觸來進(jìn)行成像。MIT被用于重構(gòu)關(guān)注對象內(nèi)部的無源電學(xué)屬性的空間分布，該無源電學(xué)屬性為例 如電導(dǎo)率σ、電容率ε和磁導(dǎo)率μ。在MIT中，通常介于幾kHz直至若干MHz的正弦電流 被應(yīng)用到發(fā)射線圈，生成時變磁場。該磁場通常稱為主磁場。由于關(guān)注對象(例如生物組織) 導(dǎo)電，該主磁場在關(guān)注對象中產(chǎn)生渦流電流。這些渦流電流生成次磁場。這些磁場的組合 在接收線圈中感應(yīng)形成電壓。使用若干發(fā)射線圈并重復(fù)這些測量，得到多組測量數(shù)據(jù)并將 其用于使該對象的電磁屬性隨時間的變化可視化。MIT對所有三種無源電磁屬性(電導(dǎo)率、 電容率和磁導(dǎo)率)是敏感的。結(jié)果，例如，關(guān)注對象中的電導(dǎo)率貢獻(xiàn)可以被重構(gòu)。具體而言， MIT適合于檢查生物組織，因為這種組織的磁導(dǎo)率值μκ 1?，F(xiàn)有技術(shù)專利申請W02007072343公開了一種用于研究對象的電磁屬性的磁感應(yīng) 斷層成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含調(diào)適為生成主磁場的一個或多個發(fā)生器線圈，所述主磁場在該 對象中感應(yīng)形成渦流電流；調(diào)適為感測次磁場的一個或多個傳感器線圈，所述次磁場是作 為所述渦流電流的結(jié)果而產(chǎn)生的；以及用于提供一方面的一個或多個發(fā)生器線圈和/或一 個或多個傳感器線圈與另一方面的待研究對象之間的相對運(yùn)動的裝置。然而，利用已有的MIT技術(shù)，關(guān)注對象的中心中的靈敏度不是非常良好。這是因為 這樣的事實，發(fā)射線圈和用于檢測的測量線圈定位在關(guān)注對象周圍，而磁場沒有被聚焦在 關(guān)注對象的中心，且因此對象表面附近的靈敏度高于對象的中心中的靈敏度。當(dāng)關(guān)于對象 的中心部分的信息受關(guān)注時，這就成為問題。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的一個實施例，提供了一種提高關(guān)注對象的中心部分中MIT的靈敏度 的設(shè)備。該設(shè)備包含
用于生成主磁場的發(fā)射線圈裝置，該主磁場在關(guān)注對象中感應(yīng)形成渦流電流；以及 用于測量由該渦流電流生成的次磁場從而生成用于該關(guān)注對象的圖像重構(gòu)的一組測 量數(shù)據(jù)的測量線圈裝置；
其中該發(fā)射線圈裝置至少包含傳送沿同一方向流動的基本上相等的電流且沿著公共 軸對稱地定位的一對發(fā)射線圈，以及其中該測量線圈裝置至少包含被連接且沿著該軸對稱 地定位的一對測量線圈。有利的是，這對發(fā)射線圈和這對測量線圈分別為亥姆霍茲(Helmholtz)線圈。通過利用亥姆霍茲線圈或者布置成基本上接近亥姆霍茲線圈的線圈替代傳統(tǒng)的發(fā)射線圈和測量線圈，可以實現(xiàn)該關(guān)注對象內(nèi)部的相當(dāng)均勻但是仍然局域化的靈敏度分布。另外有利的是，這對發(fā)射線圈和這對測量線圈沿著該軸布置。這對發(fā)射線圈和這 對測量線圈之間的距離被確定為使得由這對發(fā)射線圈產(chǎn)生的該關(guān)注對象中的渦流電流的 最大電流密度和這對測量線圈的最大靈敏度的分布交疊。通過將渦流電流的最大電流密度與這對測量線圈的最大靈敏度的分布交疊，關(guān)注 對象的中心中的靈敏度被最大化。依照本發(fā)明的另一實施例，本發(fā)明還提供一種提高關(guān)注對象的中心部分中MIT的 靈敏度的方法。該方法包含下述步驟
通過發(fā)射線圈裝置生成主磁場，該發(fā)射線圈裝置至少包含傳送沿同一方向流動的基本 上相等的電流且沿著公共軸對稱地定位的一對發(fā)射線圈，該主磁場在關(guān)注對象中感應(yīng)形成 渦流電流；以及
測量由該渦流電流生成的次磁場，從而生成用于該關(guān)注對象的圖像重構(gòu)的一組測量數(shù) 據(jù)，該測量線圈裝置至少包含被連接且沿著該軸對稱地定位的一對測量線圈。下面將給出本發(fā)明的詳細(xì)解釋以及其它方面。


通過結(jié)合附圖考慮的下述詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的及特征將變得更見 清楚明顯，在附圖中
圖1描繪依照本發(fā)明的設(shè)備的示例性實施例。圖加和2b描繪由依照本發(fā)明的發(fā)射線圈生成的渦流電流的電流密度的分布。圖3a和北描繪依照本發(fā)明的測量線圈的靈敏度的分布。圖^、4b、k和4d描繪如何定位依照本發(fā)明的發(fā)射線圈和測量線圈。圖如和恥描繪依照本發(fā)明的具有用于測量的結(jié)果靈敏度線的線圈裝置。圖6a和6b描繪如何依照本發(fā)明獲得多組測量結(jié)果。圖7描繪依照本發(fā)明的設(shè)備的示例性實施例。圖和8b另外描繪依照本發(fā)明的設(shè)備的另一示例性實施例。圖9描繪依照本發(fā)明的方法的流程圖。在所有的附圖中，相同的參考數(shù)字用于表示相似的部件。
具體實施例方式圖1描繪依照本發(fā)明的設(shè)備的示例性實施例。依照本發(fā)明，設(shè)備100包含發(fā)射線圈裝置，該發(fā)射線圈裝置包含沿著公共軸A對稱 地定位的一對發(fā)射線圈112、114，例如這兩個發(fā)射線圈置于關(guān)注對象101的兩側(cè)。關(guān)注對象 101為待測量的對象，例如人的頭部或者任何其它導(dǎo)電材料。發(fā)射線圈112、114旨在用于傳送沿同一方向流動的基本上相等的電流，從而生成 主磁場。如圖1所示，這對發(fā)射線圈112和114被提供激勵信號(例如，由源130生成的交 變電流)用于生成主磁場。主磁場在關(guān)注對象101中感應(yīng)形成渦流電流。該渦流電流生成 交變磁場，該交變磁場稱為次磁場。
在一實施例中，這對發(fā)射線圈112、114可以被連接以保證電流是基本上相等的且 沿同一方向流動。該設(shè)備還包含測量線圈裝置，該測量線圈裝置包含被連接的一對測量線圈122、 124。與發(fā)射線圈相似，這兩個測量線圈沿著軸A對稱地定位。測量線圈122、1M布置成用于測量由次磁場感應(yīng)形成的信號，從而生成用于圖像 重構(gòu)的一組測量數(shù)據(jù)。由于次磁場是由渦流電流生成的，該次磁場攜帶關(guān)于關(guān)注對象的內(nèi) 部的信息，例如，人頭部的組織或者任何其它導(dǎo)電材料的電導(dǎo)率分布。由次磁場感應(yīng)形成的信號為感應(yīng)電壓。由于由次磁場感應(yīng)形成的電壓相對于由主 磁場感應(yīng)形成的電壓非常小，在強(qiáng)背景磁場的情況下直接提取由次磁場感應(yīng)形成的電壓是 困難的。在現(xiàn)有技術(shù)文件中討論的許多測量技術(shù)中，一種方法是測量與基準(zhǔn)測量結(jié)果相比 的電壓變化。所測量的電壓變化表示由渦流電流生成的次磁場的變化且因此可以用于差分 成像從而使關(guān)注對象中的電導(dǎo)率分布的變化可視化。該設(shè)備還包含用于基于這組測量數(shù)據(jù)來重構(gòu)圖像的處理器140。圖像重構(gòu)可遵從 在現(xiàn)有技術(shù)文件“Image reconstruction approaches for Philips magnetic induction tomography", M. Vauhkonen, M. Hamsch 禾口 C. H. Igney, ICEBI 2007, IFMBE Proceedings 17，pp. 468-471，2007中描述的電導(dǎo)率計算和圖像重構(gòu)的方法。圖像重構(gòu)(例如，關(guān)注對 象中的電導(dǎo)率分布的計算)可以有利地由嵌在處理器中的軟件程序來實施。有利的是，這對發(fā)射線圈112、114和這對測量線圈122、IM分別為亥姆霍茲線圈。公知的是，亥姆霍茲線圈由兩個相同的圓形磁性線圈組成，這兩個磁性線圈沿著 公共軸對稱地在實驗區(qū)域(即關(guān)注對象)的每側(cè)各安置一個并且分隔距離h等于線圈的半 徑R。每個線圈傳送沿同一方向流動的相等的電流?？蛇x地，該亥姆霍茲線圈可以被電學(xué)連 接，使得它們的電流沿同一方向流動(該連接可以或者是串聯(lián)，或者是并聯(lián))。應(yīng)注意，本發(fā)明中的圖1和其它附圖中描繪的關(guān)注對象的尺寸和形狀僅僅是用于 描述的目的，并且可以針對不同應(yīng)用而調(diào)適到任何尺寸和/或形狀。圖加和2b描繪由依照本發(fā)明的發(fā)射線圈生成的渦流電流的電流密度的分布。圖 加示出側(cè)視圖且圖2b示出俯視圖。用作發(fā)射線圈的一對圓形線圈112、114 (亥姆霍茲線圈)沿著軸A對稱地定位，例 如置于關(guān)注對象101的兩側(cè)，假設(shè)關(guān)注對象101為具有恒定電導(dǎo)率的均勻組織塊。當(dāng)這兩 個發(fā)射線圈被供給沿同一方向流動的基本上相等的電流時，在關(guān)注對象中生成兩個薄的線 性區(qū)域，該線性區(qū)域代表由發(fā)射線圈產(chǎn)生的渦流電流的最大電流密度。線性區(qū)域穿過位于 線圈之間的對象101并且用線201、202表示。圖3a和北描繪依照本發(fā)明的測量線圈的靈敏度的分布。圖3a示出側(cè)視圖且圖 北示出俯視圖。用作測量線圈的一對圓形線圈122、124 (亥姆霍茲線圈)沿著軸A對稱地定位，例 如，它們置于組織塊的兩側(cè)。形成由線305、306表示的線性區(qū)域，該線性區(qū)域代表測量線圈 的最大靈敏度區(qū)域，例如，測量線圈在沿著線305、306的該區(qū)域中具有高的靈敏度。圖如、仙、如和4(1描繪如何定位依照本發(fā)明的發(fā)射線圈和測量線圈。圖如和如 為側(cè)視圖且圖4b和4d為俯視圖。
如圖如和4b所示，用于發(fā)射的亥姆霍茲線圈112、114和用于測量的亥姆霍茲線 圈122、1M沿著軸A定位，例如，并排地定位在關(guān)注對象的兩側(cè)。相應(yīng)地，生成由發(fā)射線圈 112、114產(chǎn)生的渦流電流的最大電流密度的分布并且其用兩條線401、402表示，且同時，形 成用兩條線405、406表示的該測量線圈的最大靈敏度的分布。當(dāng)發(fā)射線圈112、114和測量線圈122、1M例如如圖如所示沿箭頭方向沿著軸A 向內(nèi)放置時，由線402和405表示的線性區(qū)域交疊且合并成一條線408，如圖如和4d所 示。這對發(fā)射線圈和這對測量線圈之間的距離因而被確定為使得由這對發(fā)射線圈112、114 生成的關(guān)注對象中的渦流電流的最大電流密度的分布與我們預(yù)期的這對測量線圈122、1M 的最大靈敏度的分布具有交疊區(qū)域。圖fe和恥描繪具有用于測量的結(jié)果靈敏度線的線圈裝置。圖fe為側(cè)視圖且圖 恥為俯視圖。僅僅存在一個線性區(qū)域，例如，線508，其代表測量線圈的預(yù)期最大靈敏度與由發(fā) 射線圈產(chǎn)生的渦流電流的最大電流密度的交疊，且因而對于有效地測量由渦流電流生成的 次磁場是重要的。因此對于測量而言，測量數(shù)據(jù)主要包含來自該區(qū)域的信號的信息。圖6描繪依照本發(fā)明獲得多組測量結(jié)果的實施例。圖6a為側(cè)視圖且圖6b為俯視 圖。如圖6a和6b所示，該線圈裝置在由608表示的區(qū)域中具有最大靈敏度分布。當(dāng) 提供線圈裝置(112、114、122、1M)和關(guān)注對象101之間的相對運(yùn)動時，例如，使對象沿著箭 頭610相對于線圈裝置旋轉(zhuǎn)時，可以收集用于圖像重構(gòu)的多組測量數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還理解，依照本發(fā)明的設(shè)備可包含用于提供線圈裝置和關(guān)注對象 之間的這種相對運(yùn)動的裝置(圖中未示出)。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，發(fā)射裝置和/或測量裝置可包含多個亥姆霍茲線圈以使測 量過程加速。圖7描繪包含依照本發(fā)明的設(shè)備的掃描器的示例性實施例。如圖7所示，在區(qū)域708中具有最大靈敏度分布的線圈裝置被結(jié)合在用于掃描對 象(例如，機(jī)場中的行李)的掃描器中。行李702置于傳送帶701上。當(dāng)行李沿著傳送帶運(yùn) 動并經(jīng)過區(qū)域708時，掃描器生成用于圖像重構(gòu)的一組測量數(shù)據(jù)，從而確定行李702是否包 含具有特定電導(dǎo)率的對象。圖8a和8b描繪包含依照本發(fā)明的設(shè)備的掃描器的另一示例性 實施例。圖8a為側(cè)視圖且圖8b為俯視圖。如圖和8b所示，在區(qū)域808具有最大靈敏度分布的線圈裝置與掃描器802結(jié) 合，該掃描器802成形為桶狀且液體可以沿著方向803穿過該掃描器。當(dāng)液體穿過區(qū)域808 時，可以收集一組測量數(shù)據(jù)用于檢查液體的電導(dǎo)率。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，圖7和圖8a/8b中描述的掃描器可以具有用于掃描對象/ 液體或者測試所掃描對象/液體中的電導(dǎo)率的不同應(yīng)用。圖9描繪依照本發(fā)明的方法的流程圖。依照本發(fā)明，磁感應(yīng)斷層成像的方法包含通過提供激勵信號到發(fā)射線圈裝置來生 成主磁場的步驟910。發(fā)射線圈裝置包含旨在用于傳送沿同一方向流動的基本上相等的電 流的一對發(fā)射線圈112、114。兩個發(fā)射線圈沿著公共軸A對稱地定位。主磁場在關(guān)注對象 中感應(yīng)形成渦流電流，該渦流電流生成次磁場。
該方法還包含通過使用測量線圈裝置來測量由次磁場感應(yīng)形成的信號從而生成 一組測量數(shù)據(jù)的步驟920。該測量線圈裝置包含一對測量線圈122、124，這對測量線圈被連 接并且沿著軸A對稱地定位。在一實施例中，這對發(fā)射線圈112、114和這對測量線圈122、 124分別為亥姆霍茲線圈。該方法還包含步驟930，基于在步驟920中獲得的這組測量數(shù)據(jù)，重構(gòu)代表關(guān)注 對象的電導(dǎo)率分布的圖像。有利的是，該方法還包含步驟902，沿著軸A定位這對發(fā)射線圈和這對測量線圈， 以及步驟905，確定這對發(fā)射線圈和這對測量線圈之間的距離，使得由這對發(fā)射線圈生成的 關(guān)注對象中的渦流電流的最大電流密度的分布和這對測量線圈的最大靈敏度的分布具有 交疊區(qū)域。有利的是，該方法還包含步驟925，提供線圈裝置和關(guān)注對象之間的相對運(yùn)動從 而收集用于圖像重構(gòu)的多組測量數(shù)據(jù)。應(yīng)注意，上述實施例說明而非限制本發(fā)明且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多可替 換實施例而不背離所附權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，置于括號之間的任何參考符號不 應(yīng)解讀為限制權(quán)利要求。動詞“包含”及其變型的使用不排除在權(quán)利要求中列出的元件或步 驟之外的元件或步驟的存在。在元件之前使用不定冠詞“一”或“一個”不排除存在多個這 種元件。本發(fā)明可以借助包含若干不同元件的硬件以及借助適當(dāng)編程的計算機(jī)來實施。在 羅列若干單元的設(shè)備權(quán)利要求中，這些單元的若干個可以由一項且同一項的硬件或軟件來 實施。措詞“第一”、“第二”和“第三”等的使用不表示任何順序。這些措詞被理解為名稱。
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權(quán)利要求
1.用于磁感應(yīng)斷層成像的設(shè)備，包含用于生成主磁場的發(fā)射線圈裝置(112、114)，該主磁場在關(guān)注對象中感應(yīng)形成渦流電 流；以及用于測量由該渦流電流生成的次磁場從而生成用于該關(guān)注對象的圖像重構(gòu)的一組測 量數(shù)據(jù)的測量線圈裝置(122、1M)；其中該發(fā)射線圈裝置至少包含旨在用于傳送沿同一方向流動的基本上相等的電流且 沿著公共軸(A)對稱地定位的一對發(fā)射線圈(112、114)，以及其中該測量線圈裝置至少包 含被連接且沿著該軸(A)對稱地定位的一對測量線圈(122、1M)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中這對發(fā)射線圈(112、114)和這對測量線圈(122、 124)分別為亥姆霍茲線圈。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中這對發(fā)射線圈(112、114)和這對測量線圈 (122、124)沿著該軸(A)布置。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中這對發(fā)射線圈(112、114)和這對測量線圈(122、 124)之間的距離被確定為使得由這對發(fā)射線圈產(chǎn)生的該關(guān)注對象中的渦流電流的最大電 流密度的分布和這對測量線圈的最大靈敏度的分布具有交疊區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中該交疊區(qū)域的位置位于這對發(fā)射線圈(112、114)和 這對測量線圈(122、124)之間。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，還包含用于提供該線圈裝置和該關(guān)注對象之間的相對運(yùn)動從而收集用于圖像重構(gòu)的多組測 量數(shù)據(jù)的裝置，以及用于基于這(些)組測量數(shù)據(jù)重構(gòu)該關(guān)注對象的圖像的處理器。
7.—種磁感應(yīng)斷層成像掃描器，包含如權(quán)利要求1至6所述的設(shè)備。
8.—種磁感應(yīng)斷層成像的方法，包含下述步驟通過發(fā)射線圈裝置生成(910)主磁場，該發(fā)射線圈裝置至少包含旨在用于傳送沿同一 方向流動的基本上相等的電流且沿著公共軸(A)對稱地定位的一對發(fā)射線圈(112、114)， 該主磁場在關(guān)注對象中感應(yīng)形成渦流電流；以及測量(920)由該渦流電流生成的次磁場，從而生成用于該關(guān)注對象的圖像重構(gòu)的一 組測量數(shù)據(jù)，該測量線圈裝置至少包含被連接且沿著該軸(A)對稱地定位的一對測量線圈 (122、124)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中這對發(fā)射線圈(112、114)和這對測量線圈(122、 124)分別為亥姆霍茲線圈。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，還包含步驟(902):沿著該軸定位這對發(fā)射線圈 (112、114)和這對測量線圈(122、124)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包含步驟(905):確定這對發(fā)射線圈(112、114)和這 對測量線圈(122、124)之間的距離，使得由這對發(fā)射線圈生成的該關(guān)注對象中的渦流電流 的最大電流密度的分布和這對測量線圈的最大靈敏度的分布具有交疊區(qū)域。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包含步驟(925)提供該線圈裝置和該關(guān)注對象之 間的相對運(yùn)動從而收集用于圖像重構(gòu)的多組測量數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包含步驟(930):基于這(些)組測量數(shù)據(jù)，重構(gòu)該關(guān)注對象的圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于磁感應(yīng)斷層成像的方法和設(shè)備。該設(shè)備包含用于生成主磁場的發(fā)射線圈裝置，該主磁場在關(guān)注對象中感應(yīng)形成渦流電流；以及用于測量由該渦流電流生成的次磁場從而生成用于該關(guān)注對象的圖像重構(gòu)的一組測量數(shù)據(jù)的測量線圈裝置，其中該發(fā)射線圈裝置至少包含旨在用于傳送沿同一方向流動的基本電流且沿著公共軸對稱地定位的一對發(fā)射線圈，并且該測量線圈裝置至少包含被連接且沿著該軸對稱地定位的一對測量線圈。在一實施例中，這對發(fā)射線圈和這對測量線圈分別為亥姆霍茲線圈。
文檔編號G01V3/10GK102123662SQ200980132198
公開日2011年7月13日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者H. 伊格尼 C., J. 沃科南 M., 哈姆施 M., 平特 R. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司