專利名稱：用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組及數(shù)據(jù)采集的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中的醫(yī)學(xué)成像方法，涉及用非接觸方式獲得電阻抗斷層成像的磁感應(yīng)斷層成像方法，具體涉及一種用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組及數(shù)據(jù)采集方法。
背景技術(shù)：
電阻抗斷層成像是一種不同于傳統(tǒng)的CT、MRI等的醫(yī)學(xué)成像方法，它通過(guò)一組貼附在被測(cè)對(duì)象(如人體)某一斷層表面的電極注入電流/電壓然后測(cè)量響應(yīng)電壓/電流， 應(yīng)用成像算法重建電極所在斷層內(nèi)部的電阻抗分布圖像。磁感應(yīng)斷層成像是一種非接觸式的電阻抗斷層成像方法，它通過(guò)與被測(cè)對(duì)象不接觸的線圈施加交變電流激勵(lì)，并測(cè)量感應(yīng)渦流所引起的磁場(chǎng)變化，經(jīng)成像算法重建線圈所處斷層內(nèi)部的電阻抗分布圖像。與電阻抗斷層成像相比，磁感應(yīng)斷層成像同樣是為了獲得被測(cè)對(duì)象某一斷層內(nèi)的電阻抗分布，但是采用了非接觸的傳感器-線圈，因而在應(yīng)用上更為便捷。根據(jù)申請(qǐng)人進(jìn)行的資料檢索，與本申請(qǐng)接近的技術(shù)有2項(xiàng)。一項(xiàng)為申請(qǐng)人2005 年申請(qǐng)的“非接觸磁感應(yīng)腦水腫監(jiān)護(hù)方法”(非接觸磁感應(yīng)腦部電導(dǎo)率分布變化的監(jiān)測(cè)方法)，該方法提出了幾種利用磁感應(yīng)原理監(jiān)測(cè)腦部電導(dǎo)率分布變化的方法，其中包括一種磁感應(yīng)斷層成像方法，它采用的線圈系統(tǒng)為“數(shù)量等同的激勵(lì)線圈和測(cè)量線圈呈圓形、等間隔排列在監(jiān)測(cè)目標(biāo)周圍”，也即在同一個(gè)位置處包含兩個(gè)線圈，一個(gè)為激勵(lì)線圈，一個(gè)為測(cè)量線圈。另一項(xiàng)為重慶大學(xué)2007年申請(qǐng)的“一種高靈敏度的開放式磁感應(yīng)成像測(cè)量裝置”，該方法所用的線圈排列方式為呈圓弧形包圍在被測(cè)對(duì)象外周，同一個(gè)位置包含3個(gè)線圈，中間一個(gè)為激勵(lì)線圈，上下兩個(gè)為差動(dòng)測(cè)量線圈。以上兩項(xiàng)申請(qǐng)中激勵(lì)線圈和測(cè)量線圈均獨(dú)立設(shè)置?，F(xiàn)有的磁感應(yīng)斷層成像中所應(yīng)用的線圈系統(tǒng)在同一個(gè)位置處有2或3個(gè)線圈，既包含激勵(lì)線圈也包含測(cè)量線圈，這導(dǎo)致系統(tǒng)中的線圈數(shù)量較多，相互之間的耦合關(guān)系復(fù)雜， 在一定程度上影響了整個(gè)磁感應(yīng)斷層成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)磁感應(yīng)斷層成像中線圈個(gè)數(shù)多的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組，在每一個(gè)位置僅設(shè)置一個(gè)線圈，任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，依次選擇某一個(gè)線圈作激勵(lì)線圈，其余線圈為測(cè)量進(jìn)行渦流感應(yīng)信號(hào)檢測(cè)，然后遍歷所有線圈作激勵(lì)線圈，獲得與傳統(tǒng)磁感應(yīng)斷層成像相同的測(cè)量數(shù)據(jù)，用于實(shí)現(xiàn)斷層內(nèi)的電阻抗圖
像重建。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案予以實(shí)現(xiàn)一種用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組，其特征在于，包括多個(gè)具有相同參數(shù)的線圈，其特征在于，所述的多個(gè)線圈等間隔設(shè)置構(gòu)成線圈組，該線圈組設(shè)置在支架上，其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈。一種用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于， 將一組線圈圍繞被測(cè)對(duì)象排列，其中心在一個(gè)平面內(nèi)，其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈；在激勵(lì)線圈中通以交變電流，所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)可在被測(cè)對(duì)象內(nèi)部感應(yīng)出交變渦流，該渦流與被測(cè)對(duì)象內(nèi)部的電阻抗分布相關(guān)，通過(guò)不同位置的測(cè)量線圈可以檢測(cè)渦流引起的磁場(chǎng)的變化；然后依次遍歷所有線圈分別作激勵(lì)線圈，通過(guò)測(cè)量線圈檢測(cè)感應(yīng)磁場(chǎng)的變化，全部測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用磁感應(yīng)斷層成像算法重建被測(cè)對(duì)象線圈中心所在斷層內(nèi)的電阻抗分布圖像。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)為同一個(gè)位置僅有一種線圈，可控制作激勵(lì)線圈或者測(cè)量線圈，減少了一半的線圈個(gè)數(shù)，從而簡(jiǎn)化了線圈之間的耦合關(guān)系，有利于提升系統(tǒng)測(cè)量精度和穩(wěn)定性，有助于改善磁感應(yīng)斷層成像的圖像質(zhì)量。


圖1為線圈組全包繞、圓形排列方式示意圖。圖2為線圈組全包繞、橢圓形排列方式示意圖。圖3為線圈組全包繞、輪廓線排列方式示意圖。圖4為線圈組半包繞、圓弧排列方式示意圖。圖5為線圈組半包繞、橢圓弧排列方式示意圖。圖6為線圈組半包繞、輪廓線排列方式示意圖。圖7為采用本發(fā)明的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組的磁感應(yīng)斷層成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖，以16個(gè)線圈、全包圍、圓形排列為例，其中E/M單元用于產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號(hào)并檢測(cè)測(cè)
量信號(hào)。圖8為圖7中E/M單元的原理框圖，其中線圈為同一個(gè)線圈，點(diǎn)劃線所圍部分用于產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號(hào)，虛線所圍部分用于檢測(cè)測(cè)量信號(hào)。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式按照本發(fā)明的技術(shù)方案，本實(shí)施例給出一種用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組，包括多個(gè)具有相同參數(shù)的線圈，線圈等間隔設(shè)置構(gòu)成線圈組，該線圈組設(shè)置在支架上，其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈。為了適用于磁感應(yīng)斷層成像的數(shù)據(jù)采集，線圈組的線圈大于等于6個(gè)，線圈環(huán)繞設(shè)置在支架上，形成封閉的環(huán)?；蚓€圈大于等于6個(gè)，線圈環(huán)繞設(shè)置在支架上，不形成封閉的環(huán)。本實(shí)施例還進(jìn)一步給出一種用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組的數(shù)據(jù)采集方法，將多個(gè)具有相同參數(shù)的線圈構(gòu)成一組，線圈圍繞被測(cè)對(duì)象排列，其中心在一個(gè)平面內(nèi)，其中任意一個(gè)線圈由控制電路選擇當(dāng)前作激勵(lì)線圈還是作測(cè)量線圈；當(dāng)某一個(gè)線圈選為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均選為測(cè)量線圈；在激勵(lì)線圈中通以交變電流，通過(guò)各測(cè)量線圈檢測(cè)；然后依次遍歷所有線圈分別作激勵(lì)線圈，獲得一幀完整數(shù)據(jù)用于圖像重建。在檢測(cè)期間，所有線圈和被測(cè)對(duì)象均保持靜止不動(dòng)。本實(shí)施例給出2種線圈組包繞被測(cè)對(duì)象外周的方式和3種線圈組中心所處軌跡曲線，通過(guò)組合可以獲得6種線圈組排列方式。A、線圈組包繞被測(cè)對(duì)象外周的方式有2種，分別為1)全包繞方式線圈組以中心等間隔方式包繞被測(cè)對(duì)象某一斷層的全部外周，線圈組個(gè)數(shù)大于等于6個(gè)。2)半包繞方式線圈組以中心等間隔方式包繞被測(cè)對(duì)象某一斷層的部分外周，線圈組個(gè)數(shù)大于等于6個(gè)。線圈組中心所處軌跡的曲線分為3種，分別為1)圓形，2)橢圓形，3)輪廓線距被測(cè)對(duì)象某一斷層外輪廓線等間距的曲線。線圈組中的所有線圈具有相同的參數(shù)。B、6種線圈組排列方式1)全包繞、圓形排列方式參見(jiàn)圖1所示，多個(gè)具有相同參數(shù)的線圈設(shè)置在圓形支架上，構(gòu)成封閉的環(huán)，其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈。其工作原理為線圈附著在線圈支架上，在測(cè)量過(guò)程中保持不動(dòng)；按照逆時(shí)針或順時(shí)針順序?qū)⒕€圈從1開始依次編號(hào)；選擇1號(hào)線圈作為激勵(lì)線圈，在其中通以正弦交流信號(hào)，將所有其它線圈設(shè)定為測(cè)量線圈，檢測(cè)被測(cè)對(duì)象內(nèi)部感應(yīng)渦流所引起的交變磁場(chǎng)信號(hào)； 依次選擇其它編號(hào)的線圈作為激勵(lì)線圈，剩余線圈作為測(cè)量線圈，再次檢測(cè)信號(hào)；遍歷全部編號(hào)的線圈作為激勵(lì)線圈后，得到一幀完整的測(cè)量數(shù)據(jù)，可用于線圈中心所處被測(cè)對(duì)象斷層內(nèi)的電阻抗圖像重建。此種方式與傳統(tǒng)的磁感應(yīng)斷層成像相同，原有的成像算法可直接使用。2)全包繞、橢圓形排列方式參見(jiàn)圖2所示，多個(gè)具有相同參數(shù)的線圈設(shè)置在橢圓形支架上，構(gòu)成封閉的環(huán)，其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈。其工作原理類似于1)；由于線圈中心位于橢圓形支架上，在成像算法中需要修改成像區(qū)域和線圈定位。3)全包繞、輪廓線排列方式參見(jiàn)圖3，多個(gè)具有相同參數(shù)的線圈設(shè)置在不規(guī)則形狀的支架上，構(gòu)成封閉的環(huán)， 其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈。其工作原理類似于1)；由于線圈中心位于距離被測(cè)對(duì)象外輪廓線等距的曲線上， 在成像算法中也需要修改成像區(qū)域和線圈定位。4)半包繞、圓弧排列方式參見(jiàn)圖4所示，多個(gè)具有相同參數(shù)的線圈設(shè)置在圓形支架上，構(gòu)成圓形型線的一段弧，其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈。
其工作原理類似于1)；但是由于線圈沒(méi)有包繞全部的被測(cè)對(duì)象的外周，所得測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)量較傳統(tǒng)的磁感應(yīng)斷層成像少，需要相應(yīng)修改成像算法。5)半包繞、橢圓弧排列方式參見(jiàn)圖5所示，多個(gè)具有相同參數(shù)的線圈設(shè)置在橢圓形支架上，構(gòu)成橢圓型線的一部分。其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈。其工作原理類似于1)；但是由于線圈組沒(méi)有包繞全部的被測(cè)對(duì)象的外周，所得測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)量較傳統(tǒng)的磁感應(yīng)斷層成像少，需要相應(yīng)修改成像算法；由于線圈中心位于橢圓形上，在成像算法中需要修改成像區(qū)域和線圈定位。6)半包繞、輪廓線排列方式參見(jiàn)圖6所示，多個(gè)具有相同參數(shù)的線圈設(shè)置在不規(guī)則形狀的支架上，構(gòu)成不規(guī)則形型線的其中一部分，其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈。其工作原理類似于1)；但是由于線圈組沒(méi)有包繞全部的被測(cè)對(duì)象的外周，所得測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)量較傳統(tǒng)的磁感應(yīng)斷層成像少，需要相應(yīng)修改成像算法；由于線圈中心位于距離被測(cè)對(duì)象外輪廓線等距的曲線上，在成像算法中也需要修改成像區(qū)域和線圈定位。C、激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈的實(shí)際應(yīng)用本實(shí)施例給出采用上述全包繞、圓形排列方式的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈，構(gòu)建了磁感應(yīng)斷層成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其原理框圖參見(jiàn)圖7，圖中以16個(gè)線圈為例。其工作原理為1)每一個(gè)線圈由一個(gè)E/M單元控制，其原理框圖參見(jiàn)圖8。2)計(jì)算機(jī)控制16選1多路開關(guān)選擇某一個(gè)編號(hào)線圈的E/M單元將其設(shè)置為激勵(lì)線圈。3)激勵(lì)線圈的E/M單元通過(guò)數(shù)字合成的方式產(chǎn)生頻率為f Hz的正弦交流信號(hào)施加到線圈上，頻率可以程控改變；同時(shí)，同步產(chǎn)生一個(gè)頻率為f-10k Hz的正弦交流信號(hào)，與頻率為f Hz的正弦交流信號(hào)相乘，并經(jīng)低通濾波，得到一個(gè)頻率為IOk Hz的信號(hào)，用作測(cè)量信號(hào)的參考信號(hào)。4)計(jì)算機(jī)控制16選1多路開關(guān)依次選擇15個(gè)線圈的E/M單元將其設(shè)置為測(cè)量線圈。5)測(cè)量線圈的E/M單元通過(guò)線圈檢測(cè)到頻率為f Hz的感應(yīng)信號(hào)；同時(shí)，通過(guò)數(shù)字合成方式產(chǎn)生一個(gè)頻率為f-10k Hz的正弦交流信號(hào)；兩個(gè)頻率的信號(hào)相乘，得到頻率為 IOk Hz的測(cè)量信號(hào)，該信號(hào)包含了頻率為fHz的實(shí)際測(cè)量信號(hào)的幅度和相位信息，可通過(guò)計(jì)算得出。6)參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)分別通過(guò)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸送入計(jì)算機(jī)中。7)在計(jì)算機(jī)中計(jì)算實(shí)際測(cè)量信號(hào)的幅度和相位。8)重復(fù)步驟4) 步驟7)共15次，完成某一線圈作激勵(lì)線圈時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)。9)依次選擇其它編號(hào)的線圈作激勵(lì)線圈，重復(fù)步驟2) 步驟8)共15次，完成一幀完整的測(cè)量數(shù)據(jù)。10)應(yīng)用測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)成像算法，重建被測(cè)對(duì)象某一斷層內(nèi)的電阻抗斷層成像的電阻抗分布圖像。其中，線圈個(gè)數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置，一般應(yīng)大于6個(gè)。上述的參考信號(hào)與實(shí)際信號(hào)的頻率相差I(lǐng)Ok Hz，該頻差也可設(shè)置為其它的頻率，如20k Hz0其它幾種線圈組排列方式均可類似構(gòu)建磁感應(yīng)斷層成像的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。需要說(shuō)明的是。以上實(shí)施例是本發(fā)明較優(yōu)的例子，只是對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程做進(jìn)一步解釋，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限定，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本申請(qǐng)的技術(shù)方案所作的任何添加或非本質(zhì)的替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組，包括多個(gè)具有相同參數(shù)的線圈， 其特征在于，所述的多個(gè)線圈等間隔設(shè)置構(gòu)成線圈組，該線圈組設(shè)置在支架上，其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈。
2.如權(quán)利要求1所述的用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組，其特征在于，所述的線圈組的線圈大于等于6個(gè)，線圈環(huán)繞設(shè)置在支架上，形成封閉的環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組，其特征在于，所述的線圈大于等于6個(gè)，線圈環(huán)繞設(shè)置在支架上，不形成封閉的環(huán)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組，其特征在于， 所述的環(huán)是圓形、橢圓形或不規(guī)則曲線構(gòu)成的封閉形狀。
5.一種用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，將一組線圈圍繞被測(cè)對(duì)象排列，其中心在一個(gè)平面內(nèi)，其中任意一個(gè)線圈既可以作激勵(lì)線圈又可以作測(cè)量線圈，當(dāng)某一個(gè)線圈為激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均為測(cè)量線圈；在激勵(lì)線圈中通以交變電流，所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)可在被測(cè)對(duì)象內(nèi)部感應(yīng)出交變渦流，該渦流與被測(cè)對(duì)象內(nèi)部的電阻抗分布相關(guān)，通過(guò)不同位置的測(cè)量線圈可以檢測(cè)渦流引起的磁場(chǎng)的變化；然后依次遍歷所有線圈分別作激勵(lì)線圈，通過(guò)測(cè)量線圈檢測(cè)感應(yīng)磁場(chǎng)的變化，全部測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用磁感應(yīng)斷層成像算法重建被測(cè)對(duì)象線圈中心所在斷層內(nèi)的電阻抗分布圖像。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的線圈組以中心等間隔方式包繞被測(cè)對(duì)象某一斷層的全部外周，線圈組的線圈大于等于6個(gè)。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的線圈組以中心等間隔方式包繞被測(cè)對(duì)象某一斷層的部分外周，線圈組中線圈的個(gè)數(shù)大于等于6個(gè)。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的線圈組中心位于一個(gè)圓形、橢圓形或距被測(cè)對(duì)象某一斷層外輪廓線等間距的曲線上。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的線圈組中心位于一段圓弧、橢圓弧或距被測(cè)對(duì)象某一斷層外輪廓線等間距的部分曲線上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于磁感應(yīng)斷層成像的激勵(lì)測(cè)量復(fù)用線圈組及數(shù)據(jù)采集方法，將一組線圈圍繞被測(cè)對(duì)象排列，中心共面，其中任一線圈既可作激勵(lì)線圈又可作測(cè)量線圈；當(dāng)某一線圈作激勵(lì)線圈時(shí)其余線圈均作測(cè)量線圈；在激勵(lì)線圈中通以交變電流，通過(guò)測(cè)量線圈檢測(cè)渦流感應(yīng)信號(hào)；然后依次遍歷所有線圈分別作激勵(lì)線圈而通過(guò)測(cè)量線圈檢測(cè)測(cè)量信號(hào)，全部測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用磁感應(yīng)斷層成像算法可重建被測(cè)對(duì)象線圈中心所在斷層內(nèi)的電阻抗分布圖像。本發(fā)明在保持傳統(tǒng)磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)測(cè)量過(guò)程中線圈組和被測(cè)對(duì)象靜止不動(dòng)的前提下，在同一位置僅設(shè)置一個(gè)線圈，減少了一半的線圈個(gè)數(shù)，簡(jiǎn)化了線圈之間的耦合關(guān)系，有助于改善數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)A61B5/053GK102499682SQ20111031775
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者付峰, 劉銳崗, 史學(xué)濤, 周偉, 季振宇, 尤富生, 李燁, 王雷, 董秀珍 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)