用于利用單線圈磁感應(yīng)斷層成像評估健康狀況的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于利用單線圈磁感應(yīng)斷層成像來評估個體健康狀況的方法?？勺R別患者身上的用于醫(yī)學(xué)成像的目標(biāo)區(qū)域?？墒褂脝蝹€線圈獲得多個線圈性質(zhì)測量值。所述多個線圈性質(zhì)測量可利用所述單個線圈在相對于所述目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置處執(zhí)行。可處理所述線圈性質(zhì)測量值以生成所述目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率分布的圖像?？煞治鏊鰣D像以評估所述患者的健康狀況。
【專利說明】
用于利用單線圈磁感應(yīng)斷層成像評估健康狀況的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本公開大體涉及用于利用醫(yī)學(xué)成像評估人體健康狀況的方法，并且更具體地涉及 利用單線圈磁感應(yīng)斷層成像評估人體健康狀況。
【背景技術(shù)】
[0002] 醫(yī)學(xué)成像技術(shù)可用來評估患者的各種健康狀況。醫(yī)學(xué)成像技術(shù)可在成本和便攜性 上從相對低廉的超聲波向諸如計算機斷層掃描(CT)和磁共振成像(MRI)的更昂貴的方法廣 泛地變化。CT和MRI成像系統(tǒng)的便攜性是有限的，使得對于某些人群來說并且在某些情況下 難以獲得這樣的成像技術(shù)。雖然超聲波技術(shù)是相對廉價和便攜的，但當(dāng)骨骼或氣體遮擋感 興趣的目標(biāo)區(qū)域時，超聲波的用途是有限的。
[0003]磁感應(yīng)斷層成像可用來使人體組織內(nèi)的電磁性質(zhì)分布(例如，電導(dǎo)率或電容率)成 像。更具體地講，磁感應(yīng)斷層成像技術(shù)可基于由鄰近組織放置的感應(yīng)線圈在組織中感應(yīng)的 渦電流提供對人體組織的電磁性質(zhì)的低成本、無接觸測量。用于磁感應(yīng)斷層成像的現(xiàn)有技 術(shù)通常涉及在樣本附近放置大量線圈（例如，線圈陣列)和基于在標(biāo)本附近放置的大量線圈 內(nèi)的線圈對的測量互感構(gòu)建圖像。例如，源線圈的陣列和檢測線圈的陣列可鄰近標(biāo)本放置。 源線圈中的一者或多者可利用射頻能量激勵，并且響應(yīng)可在檢測線圈處被測量。標(biāo)本的電 導(dǎo)率分布(或電容率分布)可從檢測線圈的響應(yīng)確定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本公開的實施例的方面和優(yōu)點將在以下描述中部分地闡述，或者可以從該描述了 解，或者可以通過實施例的實踐了解。
[0005] 本公開的一個示例性方面涉及一種用于評估患者的健康狀況的方法。該方法包括 識別患者身上的目標(biāo)區(qū)域以用于醫(yī)學(xué)成像和利用單個線圈獲得目標(biāo)區(qū)域的多個線圈性質(zhì) 測量值。所述多個線圈性質(zhì)測量利用單個線圈在相對于目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置處執(zhí)行。 該方法還包括處理所述多個線圈性質(zhì)測量值以生成目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率分布的圖像。該方法 還包括輸出圖像以評估患者的健康狀況。
[0006] 可以對本公開的該示例性方面和其他方面做出變型和修改。
[0007] 參考下面的描述和所附的權(quán)利要求，各種實施例的這些和其他特征、方面和優(yōu)點 將變得更好理解。被包括到該說明書中并組成其一部分的附圖展示了本公開的實施例，并 且與該描述一起用來說明相關(guān)的原理。
【附圖說明】
[0008] 提供給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的實施例的詳細(xì)討論在說明書中闡述，說明書參考 了附圖，在附圖中：
[0009] 圖1描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的用于評估患者的健康狀況的示例性方法 的流程圖；
[0010] 圖2描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的示例性的醫(yī)療檢查臺，其可用來利用單 個線圈在相對于目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置處執(zhí)行多個線圈性質(zhì)測量；
[0011] 圖3描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的示例性的非導(dǎo)電板，其可用來利用單個 線圈在相對于目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置處執(zhí)行多個線圈性質(zhì)測量；
[0012] 圖4描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的多個重疊的非導(dǎo)電片，其可用來利用單 個線圈在相對于目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置處執(zhí)行多個線圈性質(zhì)測量；
[0013] 圖5-6描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例生成的電導(dǎo)率分布的示例性圖像；
[0014] 圖7描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的用于利用單個線圈進行磁感應(yīng)斷層成像 的示例性系統(tǒng)；
[0015] 圖8描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性線圈；
[0016] 圖9描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的用于磁感應(yīng)斷層成像的線圈的示例性連 接跡線；
[0017] 圖10描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的與用于磁感應(yīng)斷層成像的線圈相關(guān)聯(lián) 的示例性電路的框圖；
[0018] 圖11描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的示例性方法的工藝流程圖；
[0019] 圖12和13描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的利用示例性線圈獲得的線圈性質(zhì) 測量值的實驗結(jié)果；
[0020] 圖14和15描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的針對模擬的電導(dǎo)率分布獲得的線 圈性質(zhì)測量值的實驗結(jié)果。
【具體實施方式】
[0021] 現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的各種實施例，其一個或多個例子在下文示出。每個例子 都以解釋而不是限制本發(fā)明的方式提供。事實上，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不 背離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可以在本發(fā)明中做出各種修改和變化。例如，作為一個 實施例的一部分而說明或描述的特征，可以用于另一個實施例以產(chǎn)生又一個實施例。因此， 本發(fā)明旨在涵蓋這樣的修改和變化。
[0022] 概述
[0023] -般來講，本公開的示例性方面涉及用于利用使用單個線圈進行的磁感應(yīng)斷層成 像來評估健康狀況的方法。諸如CT掃描和MRI成像技術(shù)的現(xiàn)有醫(yī)學(xué)成像技術(shù)可能是昂貴的， 并且對于某些人群(例如，農(nóng)村人口或戰(zhàn)場上的戰(zhàn)士)來說可能難以獲取。超聲波成像技術(shù) 可提供對CT掃描和MRI成像技術(shù)的更廉價且更易得的（例如，便攜的）替代形式。然而，超聲 波技術(shù)的用途可能是有限的，例如當(dāng)骨骼或氣體遮擋感興趣的目標(biāo)區(qū)域時。
[0024] 磁感應(yīng)斷層成像可為患者的醫(yī)學(xué)成像提供低成本的解決方案。由于由脂肪、骨骼、 肌肉和各種器官形成的自然對比，諸如電導(dǎo)率和電容率的電磁性質(zhì)在生物醫(yī)學(xué)組織中在空 間上變化。結(jié)果，使用磁感應(yīng)斷層成像技術(shù)獲得的電導(dǎo)率或電容率分布可用來對身體的各 種區(qū)域成像，包括肺部和腹部區(qū)域、腦組織、脊柱和身體的其他區(qū)域，該區(qū)域可能難以或可 能不難使用諸如超聲波的其他成像技術(shù)來成像。
[0025] 典型的現(xiàn)有磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)使用多個線圈（例如，源線圈的陣列和檢測線圈 的陣列)來生成電導(dǎo)率圖。使用多個線圈增加了磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)的復(fù)雜性，導(dǎo)致系統(tǒng)的 成本增加和便攜性降低。這會導(dǎo)致磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)的可得性降低，例如在農(nóng)村地區(qū)。
[0026] 本公開的示例性方面涉及利用使用單個線圈進行的磁感應(yīng)斷層成像來評估人(或 其他生物實體)的健康狀況的方法。更具體地講，可識別患者身上的目標(biāo)區(qū)域以進行醫(yī)學(xué)成 像。目標(biāo)區(qū)域可包括患者身上的任何合適的位置，例如，可以至少部分地被骨骼組織遮擋或 至少部分地被氣體遮擋的位置。多個線圈性質(zhì)測量值可以使用單個線圈在相對于目標(biāo)區(qū)域 的多個不同的離散位置處針對目標(biāo)區(qū)域獲得。
[0027] 所述多個線圈性質(zhì)測量可以利用單個線圈以多種方式執(zhí)行。例如，在一個具體實 施形式中，患者可抵靠非導(dǎo)電板按壓目標(biāo)區(qū)域(例如，乳房）。設(shè)置在非導(dǎo)電板的另一側(cè)上的 單個線圈可在相對于非導(dǎo)電板的多個離散位置處獲得多個線圈性質(zhì)測量值。作為另一示 例，在可選的附加的非導(dǎo)電支撐件幫助將患者的（多個）目標(biāo)區(qū)域保持不動的同時，可能需 要患者以仰臥位或俯臥位躺到非導(dǎo)電臺上。單個線圈可設(shè)置在患者下方的非導(dǎo)電臺中的腔 體內(nèi)。單個線圈可被定位(例如，由平移裝置)和控制以在相對于目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置 處執(zhí)行多個線圈性質(zhì)測量。作為又一示例，所述多個線圈性質(zhì)測量值可由醫(yī)療專業(yè)人員使 用包含單個線圈的手持裝置獲得。醫(yī)療專業(yè)人員可根據(jù)在患者上方的非導(dǎo)電片的一個或多 個層上提供的標(biāo)記而將單個線圈相對于患者定位。
[0028]可從使用單個線圈獲得的所述多個線圈性質(zhì)測量值生成諸如三維電導(dǎo)率圖或三 維電容率圖的三維電磁性質(zhì)圖。更具體地講，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)一種模型，該模型限定使用單 個線圈獲得的線圈損耗測量值與標(biāo)本的電磁性質(zhì)分布之間的關(guān)系。在一個具體實施形式 中，該模型為定量分析模型，描述了具有多個同心導(dǎo)電環(huán)的單個平面多環(huán)線圈的阻抗變化 的實部(例如，歐姆損耗），該變化由當(dāng)用RF能量激勵并且放置在具有任意的三維電導(dǎo)率分 布的任意形狀的物體附近時感應(yīng)的渦電流導(dǎo)致。
[0029] 利用該模型，可從使用單個線圈獲得的所述多個線圈性質(zhì)測量值為目標(biāo)區(qū)域生成 三維電磁性質(zhì)圖?？蓮娜S電磁性質(zhì)圖生成目標(biāo)區(qū)域的一個或多個圖像。例如，可生成目標(biāo) 區(qū)域的電導(dǎo)率分布的圖像。所述一個或多個圖像可在輸出裝置上輸出（例如，由打印機打 印、在顯示裝置上呈現(xiàn)等），以便由醫(yī)療專業(yè)人員檢查。圖像可由醫(yī)療專業(yè)人員分析以評估 患者的多種健康狀況，例如，識別癌變組織、評估燒傷狀況、評估外周動脈疾病和評估其他 健康狀況。
[0030] 用于評估健康狀況的示例性方法
[0031] 圖1描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的用于利用單線圈磁感應(yīng)斷層成像技術(shù)評 估健康狀況的示例性方法（100)的工藝流程圖。圖1描繪了以特定次序執(zhí)行的步驟以用于說 明和討論目的。利用本文提供的公開內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在不脫離本公開 的范圍的情況下，本文所公開的方法中的任一者的步驟可以多種方式被修改、省略、重新安 排、調(diào)整或擴展。
[0032] 在（102)處，該方法包括識別患者的目標(biāo)區(qū)域以用于醫(yī)學(xué)成像。識別目標(biāo)區(qū)域可包 括接收指令以用于對患者的特定區(qū)域或位置成像。雖然本公開將參照對患者的目標(biāo)區(qū)域成 像進行討論以用于示例目的，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員利用本文提供的公開內(nèi)容將理解， 本公開的方面適用于其他生物醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用(例如，獸醫(yī)成像應(yīng)用）。
[0033] 目標(biāo)區(qū)域可以是希望被成像的患者的任何合適部分。在特定的具體實施形式中， 目標(biāo)區(qū)域可包括難以使用諸如超聲波的其他成像技術(shù)成像的患者的部分。更具體地講，目 標(biāo)區(qū)域的至少一部分可被骨骼組織遮擋。例如，目標(biāo)區(qū)域可包括在患者的顱骨下方的腦組 織或患者的椎骨下方的脊髓的一部分。作為另一示例，目標(biāo)區(qū)域的至少一部分可由氣體占 據(jù)。例如，目標(biāo)區(qū)域可包括氣管、肺、胃、腸、胰腺或患者的其他腹部區(qū)域中的一者或多者。
[0034]重新參見圖1，在（104)處，可利用磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)(例如，圖7中的系統(tǒng)200)的 單個線圈獲得多個線圈性質(zhì)測量值。如本文所用，獲得所述多個線圈性質(zhì)測量值可包括:訪 問存儲在例如存儲器中的線圈性質(zhì)測量值;接收線圈性質(zhì)測量值;和/或利用單個線圈實際 上執(zhí)行線圈性質(zhì)測量。線圈性質(zhì)測量值可包括例如指示單個線圈的阻抗變化的線圈損耗測 量值，該變化由當(dāng)單個線圈被放置在目標(biāo)區(qū)域附近并用射頻能量激勵時在目標(biāo)區(qū)域中感應(yīng) 的渦電流導(dǎo)致。單個線圈可包括布置在印刷電路板上的一個或多個平面中的多個同心導(dǎo)電 環(huán)。
[0035]線圈性質(zhì)測量可使用單個線圈在相對于目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置處針對目標(biāo)區(qū) 域執(zhí)行。定位數(shù)據(jù)可與每個線圈性質(zhì)測量值相關(guān)聯(lián)，以用于生成目標(biāo)區(qū)域的圖像。線圈性質(zhì) 測量可以多種方式針對相對于患者的目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置來執(zhí)行。
[0036] 例如，圖2描繪了示例性的醫(yī)療檢查臺110,其可用來利用單個線圈在相對于目標(biāo) 區(qū)域的多個離散位置處執(zhí)行多個線圈性質(zhì)測量。醫(yī)療檢查臺110可包括非導(dǎo)電的上表面 112。患者可被指導(dǎo)，以便以諸如俯臥位或仰臥位的多種體位中的一種躺在上表面112上。除 了可幫助固定和定位(多個）目標(biāo)區(qū)域的任何其他非導(dǎo)電支撐結(jié)構(gòu)之外，表面112有助于機 械地穩(wěn)定患者的身體表面。醫(yī)療檢查臺110可包括設(shè)置在表面112下方的腔體114。線圈裝置 120可位于腔體114內(nèi)。線圈裝置120可包括根據(jù)本公開的示例性方面構(gòu)造的單個線圈125， 例如，圖8中描繪的線圈300。參見圖2,平移裝置（圖2中未示出）可被構(gòu)造成在由箭頭116和 118指示的方向上移動線圈裝置120,以利用單個線圈125在相對于患者的目標(biāo)區(qū)域的多個 離散位置處執(zhí)行多個線圈性質(zhì)測量。
[0037] 圖3描繪了示例性的非導(dǎo)電板130,其用于利用單個線圈在相對于目標(biāo)區(qū)域的多個 離散位置處執(zhí)行多個線圈性質(zhì)測量。更具體地講，患者可被指導(dǎo)，以抵靠非導(dǎo)電板130的一 個表面按壓目標(biāo)區(qū)域132(例如，乳房）的至少一部分，或者非導(dǎo)電板130的表面可被成形，以 便以更舒適的方式適應(yīng)和固定目標(biāo)區(qū)域132(例如，乳房）。線圈裝置120可設(shè)置在非導(dǎo)電表 面130的另一側(cè)上。線圈裝置120可包括根據(jù)本公開的示例性方面構(gòu)造的單個線圈125,例 如，圖8中描繪的線圈300。參見圖2,平移裝置(圖2中未示出）可被構(gòu)造成在由箭頭134和136 指示的方向上移動線圈裝置120,以利用單個線圈125在相對于患者的目標(biāo)區(qū)域的多個離散 位置處執(zhí)行多個線圈性質(zhì)測量。
[0038] 根據(jù)本公開的其他示例性方面，所述多個線圈性質(zhì)測量可由醫(yī)療專業(yè)人員使用手 持線圈裝置手動執(zhí)行，該裝置具有根據(jù)本公開的示例性方面構(gòu)造的單個線圈。需要獲得準(zhǔn) 確的定位數(shù)據(jù)以用于由醫(yī)療專業(yè)人員手動執(zhí)行的線圈性質(zhì)測量。下面將參照圖7的示例性 磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)200更詳細(xì)地討論用于獲得準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)的示例性技術(shù)。
[0039] -種用于為每次線圈性質(zhì)測量保持準(zhǔn)確的定位信息的示例性技術(shù)包括在相對于 目標(biāo)區(qū)域的多個預(yù)定位置處執(zhí)行線圈性質(zhì)測量。圖4描繪了一種用于使用根據(jù)本公開的示 例性方面的手持線圈裝置執(zhí)行多個線圈性質(zhì)測量的示例性技術(shù)。
[0040] 更具體地講，具有已知厚度的一個或多個非導(dǎo)電片可覆蓋在患者的目標(biāo)區(qū)域上。 例如，第一非導(dǎo)電片150可放置在目標(biāo)區(qū)域上方。如圖所示，第一非導(dǎo)電片150包括多個標(biāo)記 (例如，"Γ、"2"、"3"、"4"、"5"、"6"等），這些標(biāo)記在執(zhí)行每次線圈性質(zhì)測量的位置方面指導(dǎo) 醫(yī)療專業(yè)人員。用于每次測量的定位信息可從標(biāo)記的位置和非導(dǎo)電片150的深度或厚度來 確定。
[0041] 一旦醫(yī)療專業(yè)人員已執(zhí)行了由在非導(dǎo)電片150上的標(biāo)記指示的線圈性質(zhì)測量，一 個或多個第二非導(dǎo)電片就可放置在第一非導(dǎo)電片150上方。例如，第二非導(dǎo)電片152和第二 非導(dǎo)電片154可放置在第一非導(dǎo)電片150上方。如圖所示，第二非導(dǎo)電片152和第二非導(dǎo)電片 154可包括在執(zhí)行線圈性質(zhì)測量的位置方面指導(dǎo)醫(yī)療專業(yè)人員的多個標(biāo)記(例如，"7"、"8"、 "9"、"10"）。
[0042] 一旦醫(yī)療專業(yè)人員已執(zhí)行了由在第二非導(dǎo)電片152和154上的標(biāo)記指示的線圈性 質(zhì)測量，一個或多個第三非導(dǎo)電片就可放置在第二非導(dǎo)電片152和154上方。例如，第三非導(dǎo) 電片156可放置在第二非導(dǎo)電片152和154上方。如圖所不，第三非導(dǎo)電片156可包括在執(zhí)行 線圈性質(zhì)測量的位置方面指導(dǎo)醫(yī)療專業(yè)人員的多個標(biāo)記(例如，"11"、"12"）?？蔀樗枰?多次線圈性質(zhì)測量重復(fù)該過程，以利用單個線圈在相對于目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置處執(zhí)行 多個線圈性質(zhì)測量。
[0043] 上述示例參照多個非導(dǎo)電片進行討論以用于說明和討論目的。利用本文提供的公 開內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，上述技術(shù)可使用單個或多個非導(dǎo)電片來實現(xiàn)。例 如，圖4的標(biāo)記T-"12"可位于單個非導(dǎo)電片上。
[0044] 重新參見圖1，在（106)處，方法（100)包括處理線圈性質(zhì)測量值以生成目標(biāo)區(qū)域的 圖像。例如，限定由單個線圈獲得的線圈性質(zhì)測量值與目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率分布之間的關(guān)系 的模型可被訪問?？墒褂迷撃Ｐ椭辽俨糠值鼗谒龆鄠€線圈性質(zhì)測量值來生成目標(biāo)的三 維電導(dǎo)率圖?？蓮娜S電導(dǎo)率圖生成目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率分布的一個或多個圖像。下面將參 照圖11更詳細(xì)地討論一種用于處理所述多個線圈性質(zhì)測量值以生成目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率分 布的圖像的示例性方法。
[0045] 參見圖1，在（108)處，該方法包括輸出目標(biāo)區(qū)域的圖像以用于評估健康狀況。例 如，圖像可在打印裝置上打印在合適的有形介質(zhì)上，以供醫(yī)療專業(yè)人員檢查和分析。作為另 一示例，圖像可呈現(xiàn)在顯示裝置上，以供醫(yī)療專業(yè)人員檢查和分析。
[0046] 圖5描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的可使用單個線圈從多個線圈性質(zhì)測量值 生成的目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率分布的一個示例性圖像180。圖像180提供了橫切并露出椎管的患 者的脊柱的橫斷圖。圖像180繪制了沿著以厘米為單位的X軸、y軸和ζ軸的電導(dǎo)率分布的圖 線。圖像180包括標(biāo)度182,其指示與單位為S/m的電導(dǎo)率的變化的程度相關(guān)聯(lián)的灰度色彩。 如圖所示，圖像180示出了在脊柱區(qū)域中的人體組織的區(qū)域的對比的電導(dǎo)率。
[0047] 圖6描繪了根據(jù)本公開的示例性實施例的可使用單個線圈從多個線圈性質(zhì)測量值 生成的另一個示例性圖像190。圖像190提供了平行于脊柱且從脊柱錯開的患者的脊柱區(qū)域 的矢狀圖，示出了肋骨或椎骨橫突。圖像180繪制了沿著以厘米為單位的X軸、y軸和ζ軸的電 導(dǎo)率分布的圖線。圖像190包括標(biāo)度192,其指示與單位為S/m的目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率的變化的 程度相關(guān)聯(lián)的灰度色彩。如圖所示，圖像190示出了在脊柱區(qū)域中的人體組織的區(qū)域的對比 電導(dǎo)率，并可提供患者的脊柱區(qū)域的圖像。該切片橫切并露出與肋骨到椎骨的橫突的連接 相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。圖像180和190與其他圖像一起可提供患者的脊柱區(qū)域的不同圖像，以用于 評估健康狀況和其他目的。
[0048] 用于利用單線圈磁感應(yīng)斷層成像技術(shù)評估健康狀況的一種示例性應(yīng)用可包括利 用根據(jù)本公開的示例性方面生成的圖像來識別目標(biāo)區(qū)域中的癌變組織。更具體地講，已知 癌變組織由于血管新生而可能顯示具有升高的電導(dǎo)率。目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率分布的圖像可能 特別可用于識別諸如胰腺的內(nèi)部器官中的癌變組織。乳腺組織中的癌的識別可能是單線圈 磁感應(yīng)斷層成像的特別合適的應(yīng)用，因為乳房內(nèi)的脂肪組織可顯示具有很低的電導(dǎo)率。乳 房中的癌變組織可能比脂肪組織顯著地更導(dǎo)電，并且可能在組織的電導(dǎo)率分布的圖像中引 人注目。
[0049] 用于利用單線圈磁感應(yīng)斷層成像技術(shù)評估健康狀況的另一種示例性應(yīng)用可包括 利用根據(jù)本公開的示例性方面生成的圖像來評估患者的燒傷狀況。根據(jù)燒傷的嚴(yán)重性水 平，燒傷可被分類為一級、二級、三級和四級。一級燒傷通常僅包括皮膚的外層，而更嚴(yán)重的 三級燒傷實際上可燒掉皮膚。四級燒傷可移除直至骨骼的組織。對于所有燒傷來說，在皮膚 和下面的組織的物理性質(zhì)中存在一些變化。例如，可存在毀壞的脂肪層、積液、血流改變等。 燒傷也可基于受傷機制(例如，溫度、持續(xù)時間、位置等)而顯示具有不同的特性。作為示例， 曬傷可能是大范圍的，但不太深，而電燒傷可能大多數(shù)出現(xiàn)在皮膚下方。
[0050] 根據(jù)本公開的示例性方面生成的目標(biāo)區(qū)域的圖像可在早期（可能在運輸期間）用 于治療燒傷，以識別燒傷的嚴(yán)重性、類型和深度，從而確保得到正確的治療。更具體地講，圖 像可被分析以通過識別深度燒傷的凹坑或通過識別皮膚下方的不可見損傷的間隙來識別 皮膚的物理性質(zhì)中的變化。積液、血流損失、結(jié)疤組織、缺失組織等也可從目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo) 率分布的圖像識別。
[0051] 用于利用單線圈磁感應(yīng)斷層成像技術(shù)評估健康狀況的另一種示例性應(yīng)用可包括 利用根據(jù)本公開的示例性方面生成的圖像來評估外周動脈疾病的存在性。由于小血管的絕 緣性質(zhì)，組織電導(dǎo)率已顯示為當(dāng)血管擴張時減小并且當(dāng)血管收縮時增加。根據(jù)本公開的方 面，可結(jié)合有意地引起目標(biāo)區(qū)域中的血管的擴張或收縮而生成目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率分布的圖 像。圖像可被分析以反映脈管系統(tǒng)的回彈性。例如，當(dāng)手臂或腿部抬高較短的時間時，具有 正常血壓的健康人體可顯示具有約〇.5S/m的電導(dǎo)率增加。不顯示具有這樣的增加的個體可 表現(xiàn)出血管硬化的病征。
[0052] 單線圈磁感應(yīng)斷層成像的上述示例性應(yīng)用為說明和討論目的而提供。利用本文提 供的公開內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在不脫離本公開的范圍的情況下，根據(jù)本公 開的示例性方面的單線圈磁感應(yīng)斷層成像可用來評估患者的多種健康狀況。
[0053] 用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性系統(tǒng)
[0054]圖7描繪了用于諸如人體組織標(biāo)本的標(biāo)本210的磁感應(yīng)斷層成像的示例性系統(tǒng) 200。系統(tǒng)200包括根據(jù)本公開的示例性方面的具有單個線圈225的線圈裝置220,以用于為 磁感應(yīng)斷層成像獲得線圈性質(zhì)測量值。線圈225可以是單個線圈，其具有設(shè)置在印刷電路板 上的一個或多個平面中的多個同心導(dǎo)電環(huán)。下面將參照圖8和圖9更詳細(xì)地討論根據(jù)本公開 的示例性方面的用于磁感應(yīng)斷層成像的一種示例性線圈設(shè)計。
[0055]圖7的線圈裝置220可包括RF能量源(例如，振蕩器電路），其被構(gòu)造成當(dāng)線圈225鄰 近標(biāo)本210放置時利用在設(shè)定頻率(例如，12.5MHz)下的RF能量激勵線圈225。激勵的線圈 225可生成磁場，這可在標(biāo)本210中感應(yīng)渦電流。標(biāo)本中的這些感應(yīng)的渦電流可引起線圈225 的線圈損耗(例如，阻抗變化）。線圈裝置220可包括電路(例如，測量電路），以用于確定在相 對于標(biāo)本210的特定位置處的線圈性質(zhì)測量期間與線圈225相關(guān)聯(lián)的線圈損耗。
[0056]在線圈裝置220被定位在相對于標(biāo)本210的多種不同位置和取向的同時，線圈性質(zhì) 測量值可利用線圈裝置220的單個線圈225獲得。收集的線圈性質(zhì)測量值可提供至計算系統(tǒng) 240，在那里，線圈性質(zhì)測量值可被分析以生成標(biāo)本210的三維電磁性質(zhì)圖，例如，標(biāo)本210的 三維電導(dǎo)率圖或三維電容率圖。
[0057] 在一些特定的具體實施形式中，線圈裝置220可安裝到平移裝置230。平移裝置230 可以是機械手裝置，其例如由計算系統(tǒng)240或其他合適的控制裝置控制以使線圈裝置220沿 著X軸、y軸和z軸相對于標(biāo)本210平移，以便將線圈225定位在相對于標(biāo)本210的多個不同的 離散位置處。線圈裝置220可被控制（例如，由計算系統(tǒng)240)，以利用線圈225獲得在所述多 個離散位置中的每一個處的線圈性質(zhì)測量值。
[0058] 備選地，線圈裝置220可被手動地定位在所述多個離散位置處，以執(zhí)行線圈性質(zhì)測 量。例如，醫(yī)療專業(yè)人員可將手持線圈裝置220相對于標(biāo)本210手動地定位，以在相對于標(biāo)本 210的多個離散位置處獲得線圈性質(zhì)測量值。
[0059] 為了生成標(biāo)本210的準(zhǔn)確的三維電磁性質(zhì)圖，需要將定位數(shù)據(jù)與所獲得的線圈性 質(zhì)測量值中的每一個相關(guān)聯(lián)。定位數(shù)據(jù)可指示線圈225的定位(例如，如由X軸、y軸和z軸限 定的相對于標(biāo)本210的）以及線圈225的取向（例如，相對于標(biāo)本210的傾角）。當(dāng)使用平移裝 置230定位線圈225時，可至少部分地基于定位控制命令來確定線圈225的定位和取向，該命 令控制平移裝置230以定位在所述多個離散位置處。
[0060] 在本公開的一個實施例中，由定位在標(biāo)本210和線圈裝置220上方的攝像機235捕 獲的圖像可結(jié)合來自與線圈裝置220相關(guān)聯(lián)的多種傳感器的信號被處理，以確定用于每次 線圈性質(zhì)測量的定位數(shù)據(jù)。更具體地講，線圈裝置220可包括一個或多個運動傳感器226(例 如，三軸加速計、陀螺儀和/或其他運動傳感器)和深度傳感器228。單個線圈225相對于表面 的取向可使用來自運動傳感器226的信號來確定。例如，來自三軸加速計的信號可用來確定 在線圈性質(zhì)測量期間單個線圈225的取向。
[0061] 深度傳感器228可用來確定從單個線圈到標(biāo)本210的距離(例如，沿著z軸的定位）。 深度傳感器228可包括構(gòu)造成確定線圈225相對于表面的位置的一個或多個裝置。例如，深 度傳感器228可包括一個或多個激光傳感器裝置和/或聲學(xué)位置傳感器。在另一個具體實施 形式中，深度傳感器228可包括構(gòu)造成捕獲標(biāo)本210的圖像的一個或多個攝像機。圖像可被 處理以使用例如運動推斷結(jié)構(gòu)技術(shù)確定到標(biāo)本210的深度。
[0062]由攝像機235捕獲的圖像可用來確定線圈225沿著X軸和y軸的定位。更具體地講， 線圈裝置220也可包括位于線圈裝置220的表面上的圖形。當(dāng)所述多個線圈性質(zhì)測量被執(zhí)行 時，圖像捕獲裝置235可捕獲圖形的圖像。圖像可提供至計算系統(tǒng)240,計算系統(tǒng)240可基于 圖形的位置處理圖像以確定沿著X軸和y軸的相對于標(biāo)本210的定位。在特定的具體實施形 式中，攝像機235可包括遠(yuǎn)心鏡頭以減小由視差效應(yīng)導(dǎo)致的誤差。
[0063]計算系統(tǒng)240可將線圈性質(zhì)測量值與線圈位置和取向數(shù)據(jù)一起接收，并可處理數(shù) 據(jù)以生成標(biāo)本210的三維電磁性質(zhì)圖。計算系統(tǒng)240可包括一個或多個計算裝置，例如，臺式 計算機、膝上型計算機、服務(wù)器、移動裝置、帶有一個或多個處理器的顯示器、或具有一個或 多個處理器和一個或多個存儲裝置的其他合適的計算裝置中的一者或多者。計算系統(tǒng)240 可使用一個或多個聯(lián)網(wǎng)的計算機(例如，在集群或其他分布式計算系統(tǒng)中）實現(xiàn)。例如，計算 系統(tǒng)240可與一個或多個遠(yuǎn)程裝置260通信(例如，在有線或無線連接或網(wǎng)絡(luò)上）。
[0064] 計算系統(tǒng)240包括一個或多個處理器242和一個或多個存儲裝置244。所述一個或 多個處理器242可包括任何合適的處理裝置，例如，微處理器、微控制器、集成電路或其他合 適的處理裝置。存儲裝置244可包括一個或多個類別的有形的非暫時性計算機可讀介質(zhì)的 單個或多個部分，包括但不限于RAM、R0M、硬盤驅(qū)動器、閃速驅(qū)動器、光學(xué)介質(zhì)、磁介質(zhì)或其 他存儲裝置。計算系統(tǒng)240還可包括一個或多個輸入裝置262(例如，鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、觸 摸板、麥克風(fēng)等)和一個或多個輸出裝置264(例如，顯示器、揚聲器等）。
[0065]存儲裝置244可存儲指令246,指令246在由所述一個或多個處理器242執(zhí)行時造成 所述一個或多個處理器242執(zhí)行運算。計算裝置240可適于充當(dāng)專用機器，其通過訪問指令 246來提供所需的功能。指令246可在硬件中或軟件中實現(xiàn)。當(dāng)使用軟件時，可以使用任何合 適的編程語言、腳本語言或其他類型的語言或語言的組合來實現(xiàn)本文所含的教導(dǎo)。
[0066] 如圖所示，存儲裝置244可存儲指令246,指令246在由所述一個或多個處理器242 執(zhí)行時造成所述一個或多個處理器242實現(xiàn)磁感應(yīng)斷層成像（"MIT"）模塊248 JIT模塊248 可被構(gòu)造成實現(xiàn)本文所公開的用于利用單個線圈進行的磁感應(yīng)斷層成像的方法中的一者 或多者，例如，圖11中公開的方法。
[0067]圖7的所述一個或多個存儲裝置244也可存儲數(shù)據(jù)，例如，線圈性質(zhì)測量值、定位數(shù) 據(jù)、三維電磁性質(zhì)圖和其他數(shù)據(jù)。如圖所示，所述一個或多個存儲裝置244可存儲與分析模 型250相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。分析模型250可限定由單個線圈獲得的線圈性質(zhì)測量值與標(biāo)本210的 電磁性質(zhì)分布之間的關(guān)系。下面將更詳細(xì)地討論示例性分析模型的特征。
[0068] MIT模塊248可被構(gòu)造成接收來自輸入裝置262、來自線圈裝置220、來自平移裝置 230、來自存儲在所述一個或多個存儲裝置244中的數(shù)據(jù)或其他來源的輸入數(shù)據(jù)。MIT模塊 248可接著根據(jù)所公開的方法分析這樣的數(shù)據(jù)，并且將諸如三維電磁性質(zhì)圖的可用輸出經(jīng) 由輸出裝置264提供給使用者。分析可備選地由一個或多個遠(yuǎn)程裝置260實現(xiàn)。
[0069] 本文所討論的技術(shù)引用了計算系統(tǒng)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、軟件應(yīng)用程序和其他基于計 算機的系統(tǒng)以及所采取的動作和發(fā)送至和來自這樣的系統(tǒng)的信息。利用本文提供的公開內(nèi) 容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，基于計算機的系統(tǒng)的固有的靈活性使在部件之間的 任務(wù)和功能的各種各樣的可能的構(gòu)型、組合和分割成為可能。例如，本文所討論的過程可以 使用單個計算裝置或組合地工作的多個計算裝置來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序可以在單個系 統(tǒng)上實現(xiàn)或分布在多個系統(tǒng)中。分布式部件可以順序地或并行地操作。
[0070] 用于單個線圈的示例性定量分析模型
[0071] 現(xiàn)在將闡述一種用于從由單個線圈獲得的多個線圈性質(zhì)測量值獲得三維電導(dǎo)率 圖的示例性定量分析模型。定量模型開發(fā)用于任意電導(dǎo)率分布，但將電容率和磁導(dǎo)率視為 空間上均勻的。定量分析模型開發(fā)用于包括多個同心圓環(huán)的線圈幾何形狀，所有圓環(huán)位于 公共平面內(nèi)且串聯(lián)連接，其中瞬態(tài)電流被認(rèn)為在沿著環(huán)的所有點處具有相同值。電導(dǎo)率分 布被允許在空間上任意變化，同時尋求具有小電導(dǎo)率（<l〇S/m)的限制的電場的解。假設(shè)保 持無電荷狀態(tài)，由此電場被視為具有零散度。在這些條件下，場僅取決于外部電流和渦電 流。
[0072] 定量分析模型可將線圈的阻抗的實部（例如，歐姆損耗）中的變化與各種參數(shù)關(guān) 聯(lián)，這些參數(shù)包括標(biāo)本的電導(dǎo)率分布、單個線圈相對于標(biāo)本的定位和取向、線圈幾何形狀 (例如，所述多個同心導(dǎo)電環(huán)中的每一個的半徑)和其他參數(shù)。下面提供了一個示例性模型：
[0073]
[0074] ,為線圈性質(zhì)測量值(例如，線圈的阻抗損耗的實部）^為自由空間中的磁導(dǎo) 率。ω為線圈的激勵頻率。p k和巧為每個相互作用的環(huán)對j，k的每個導(dǎo)電環(huán)j和k的半徑。函數(shù) QV2已知為環(huán)函數(shù)或環(huán)面調(diào)和函數(shù)，其具有自變量&和％，如此處所示：
[0075]
[0076]
[0077] 參照置于同心環(huán)的中心處使得環(huán)均位于XY平面內(nèi)的坐標(biāo)系，P衡量從線圈軸線到 標(biāo)本內(nèi)的點的徑向距離，而ζ衡量從線圈平面到標(biāo)本內(nèi)的相同點的距離。
[0078] 該模型引入作為定位函數(shù)的電導(dǎo)率分可使用有限元網(wǎng)格(例如，具有四面 體元素)評價，以生成多個線圈性質(zhì)測量值的電導(dǎo)率分布，如下文將更詳細(xì)地討論的。
[0079] 用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性線圈裝置
[0080]如上所述，發(fā)明人已開發(fā)出定量分析模型，該模型限定由具有串聯(lián)連接的多個同 心導(dǎo)電環(huán)的單個線圈獲得的多個線圈性質(zhì)測量值與標(biāo)本的電導(dǎo)率分布之間的關(guān)系。現(xiàn)在將 闡述逼近由示例性定量模型構(gòu)思的線圈的示例性線圈設(shè)計。
[0081] 根據(jù)本公開的示例性方面的線圈可包括布置在多層印刷電路板上的兩個平面中 的多個同心導(dǎo)電環(huán)。所述多個同心導(dǎo)電環(huán)可包括位于第一平面內(nèi)的多個第一同心導(dǎo)電環(huán)和 位于第二平面中的多個第二同心導(dǎo)電環(huán)。第二平面可與第一平面間隔開平面分隔距離。平 面分隔距離可選擇成使得線圈逼近在本文所公開的用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性定量分 析模型中構(gòu)思的單平面線圈。
[0082] 此外，所述多個導(dǎo)電環(huán)可使用多條連接跡線串聯(lián)連接。所述多條連接跡線可布置 成使得由連接跡線生成的對場的貢獻可減小。這樣，根據(jù)本公開的示例性方面的線圈可表 現(xiàn)出逼近彼此同心布置且位于相同的平面中的多個圓環(huán)的行為。
[0083] 圖8描繪了根據(jù)本公開的示例性方面的用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性線圈300。如 圖所示，線圈300包括十個同心導(dǎo)電環(huán)。更具體地講，線圈300包括設(shè)置在第一平面中的五個 第一同心導(dǎo)電環(huán)310和設(shè)置在第二平面中的五個第二同心導(dǎo)電環(huán)320。第一同心導(dǎo)電環(huán)310 和第二同心導(dǎo)電環(huán)320可以是在多層印刷電路板上的Imm或0.5mm的銅跡線。在一個示例性 具體實施形式中，在任一平面中的五個同心導(dǎo)電環(huán)的半徑分別設(shè)定為約4mm、8mm、12mm、 16mm和20mm。在不脫離本公開的范圍的情況下，可使用其他合適的尺寸和間距。
[0084] 如圖所示，所述多個第一同心導(dǎo)電環(huán)310中的每一個設(shè)置成使得它與所述多個第 二同心導(dǎo)電環(huán)320中的一個重疊。此外，第一同心導(dǎo)電環(huán)310和第二同心導(dǎo)電環(huán)320可間隔平 面分隔距離315。平面分隔距離315可選擇成使得線圈300逼近由定量分析模型構(gòu)思的同心 環(huán)的單個平面。例如，平面分隔距離可以在約〇. 2mm至約0.7mm的范圍內(nèi)，例如約0.5mm。
[0085] 所述多個第一導(dǎo)電環(huán)310可包括第一最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)314。所述第一最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)314可 聯(lián)接到RF能量源。所述多個第二導(dǎo)電環(huán)320可包括第二最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)324。所述第二最內(nèi)導(dǎo)電 環(huán)324可聯(lián)接到基準(zhǔn)節(jié)點(例如，接地節(jié)點或公共節(jié)點）。
[0086]線圈300還包括多條連接跡線330,其用來串聯(lián)連接第一同心導(dǎo)電環(huán)310和第二同 心導(dǎo)電環(huán)320。更具體地講，連接跡線330將所述多個第一同心導(dǎo)電環(huán)310彼此串聯(lián)聯(lián)接，并 且可將所述多個第二同心導(dǎo)電環(huán)320彼此串聯(lián)聯(lián)接。連接跡線330也可包括連接跡線235,其 將最外第一同心導(dǎo)電環(huán)312與最外第二同心導(dǎo)電環(huán)314串聯(lián)聯(lián)接。
[0087]如在圖9中更詳細(xì)地所示，連接跡線330可布置成使得源自連接跡線的場彼此相 反。更具體地講，連接跡線330可徑向?qū)R，使得位于第一平面中的所述多條連接跡線中的 一條的電流流動與位于第二平面中的所述多條連接跡線中的一條的電流流動相反。例如， 參見圖9,布置在第一平面中的連接跡線332可與布置在第二平面中的連接跡線334幾乎徑 向?qū)R。在連接跡線332中流動的電流可與在連接跡線234中流動的電流相反，使得由連接 跡線332和334生成的場彼此相反或抵消。
[0088] 如圖9中進一步所示，所述多個第一導(dǎo)電環(huán)210和第二導(dǎo)電環(huán)320中的每一個可包 括間隙340,以有利于使用連接跡線330連接導(dǎo)電環(huán)。每個間隙可以在約0.2mm至約0.7mm的 范圍內(nèi)，例如約〇.5mm。
[0089] 間隙340可彼此錯開以有利于串聯(lián)連接所述多個同心導(dǎo)電環(huán)310和320。例如，與所 述多個第一同心導(dǎo)電環(huán)310中的一個相關(guān)聯(lián)的間隙可從與所述多個第一同心導(dǎo)電環(huán)310中 的另一個相關(guān)聯(lián)的間隙錯開。類似地，與所述多個第二同心導(dǎo)電環(huán)320中的一個相關(guān)聯(lián)的間 隙可從與所述多個第二同心導(dǎo)電環(huán)320中的另一個相關(guān)聯(lián)的間隙錯開。與第一同心導(dǎo)電環(huán) 310中的一個相關(guān)聯(lián)的間隙也可從與所述多個第二同心導(dǎo)電環(huán)320中的一個相關(guān)聯(lián)的間隙 錯開。錯開的間隙可以不沿著與線圈300相關(guān)聯(lián)的相同軸線。
[0090] 如在以下實驗結(jié)果中所示，圖8和圖9的線圈300可提供由用于磁感應(yīng)斷層成像的 定量分析模型構(gòu)思的線圈的充分逼近。這樣，使用線圈300進行的線圈性質(zhì)測量可用來生成 感興趣的標(biāo)本的三維電磁性質(zhì)圖（例如，人體組織標(biāo)本）。
[0091] 用于獲得線圈性質(zhì)測量值的示例性電路
[0092] 圖10描繪了可用來使用圖8和圖9的線圈300獲得線圈性質(zhì)測量值的示例性電路 400的示意圖。如圖所示，圖10的電路400包括RF能量源410 (例如，振蕩器電路），其被構(gòu)造成 利用RF能量激勵線圈300 AF能量源410可以是固定頻率晶體振蕩器，其被構(gòu)造成將固定頻 率的RF能量施加到線圈300。固定頻率可以是例如約12.5MHz。在一個示例性實施例中，RF能 量源410可聯(lián)接到線圈300的所述多個第一同心導(dǎo)電環(huán)的最內(nèi)同心導(dǎo)電環(huán)。線圈300的所述 多個第二同心導(dǎo)電環(huán)的最內(nèi)同心導(dǎo)電環(huán)可聯(lián)接到基準(zhǔn)節(jié)點(例如，公共或接地）。
[0093] 電路400可包括一個或多個處理器420,以控制電路400的各個方面并且處理由電 路400獲得的信息（例如，由測量電路430獲得的信息）。所述一個或多個處理器420可包括任 何合適的處理裝置，例如，數(shù)字信號處理器、微處理器、微控制器、集成電路或其他合適的處 理裝置。
[0094]所述一個或多個處理器420可被構(gòu)造成控制電路400的各種部件，以便使用線圈 300捕獲線圈損耗測量值。例如，所述一個或多個處理器420可控制與線圈300并聯(lián)聯(lián)接的變 抗器415,以便當(dāng)線圈300被定位成鄰近用于線圈性質(zhì)測量的標(biāo)本時驅(qū)動線圈300至共振或 近共振。所述一個或多個處理器420也可控制測量電路430,以便當(dāng)線圈300被定位成鄰近標(biāo) 本時獲得線圈性質(zhì)測量值。
[0095]測量電路430可被構(gòu)造成利用線圈300獲得線圈性質(zhì)測量值。線圈性質(zhì)測量值可指 示由標(biāo)本中感應(yīng)的渦電流導(dǎo)致的線圈300的線圈損耗。在一個具體實施形式中，測量電路 430可被構(gòu)造成測量線圈300的導(dǎo)納變化的實部。線圈300的導(dǎo)納變化的實部可被轉(zhuǎn)換為作 為導(dǎo)納的倒數(shù)的線圈300的阻抗變化的實部，以用于分析模型。
[0096]線圈300的導(dǎo)納可以多種方式測量。在一個實施例中，測量電路430使用相移測量 電路432和電壓增益測量電路434來測量導(dǎo)納。例如，測量電路430可包括得自Analog Devices的AD8302相位和增益檢測器。相移測量電路432可測量在與線圈300相關(guān)聯(lián)的電流 和電壓之間的相移。電壓增益測量電路434可測量在線圈300上的電壓與和線圈300串聯(lián)聯(lián) 接的傳感電阻器的電壓之間的比率。線圈300的導(dǎo)納可基于由測量電路430獲得的線圈300 的相位和增益而得出（例如，由所述一個或多個處理器420)。
[0097] 一旦獲得線圈性質(zhì)測量值，所述一個或多個處理器420即可將線圈性質(zhì)測量值存 儲在例如存儲裝置中。所述一個或多個處理器420也可使用通信裝置440將線圈性質(zhì)測量值 通信至一個或多個遠(yuǎn)程裝置以用于處理，從而生成標(biāo)本的三維電磁性質(zhì)圖。通信裝置440可 包括任何合適的接口或裝置，以用于通過有線或無線的連接和/或網(wǎng)絡(luò)將信息通信至遠(yuǎn)程 裝置。
[0098] 用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性方法
[0099] 圖11描繪了根據(jù)本公開的示例性方面的用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性方法(500) 的工藝流程圖。方法(500)可由一個或多個計算裝置實現(xiàn)，例如圖7中描繪的計算系統(tǒng)240的 一個或多個計算裝置。此外，圖11描繪了以特定次序執(zhí)行的步驟以用于說明和討論目的。利 用本文提供的公開內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在不脫離本公開的范圍的情況下， 本文所公開的方法中的任一者的步驟可以多種方式被修改、省略、重新安排、調(diào)整或擴展。
[0100] 在(502)處，該方法可包括訪問利用單個線圈在相對于標(biāo)本的多個不同的離散位 置處執(zhí)行的多個線圈性質(zhì)測量值。例如，所述多個線圈性質(zhì)測量值可從存儲裝置訪問，或可 接收自具有構(gòu)造用于獲得線圈性質(zhì)測量值的單個線圈的線圈裝置。線圈性質(zhì)測量值可以是 當(dāng)單個線圈被用RF能量激勵并且鄰近標(biāo)本放置在所述多個離散位置中的一個處時由單個 線圈捕獲的線圈損耗測量值。
[0101]在一個具體實施形式中，單個線圈可包括多個同心導(dǎo)電環(huán)。例如，單個線圈可具有 布置在第一平面中的多個第一同心導(dǎo)電環(huán)和布置在第二平面中的多個第二同心導(dǎo)電環(huán)。所 述多個同心導(dǎo)電環(huán)可使用連接跡線連接，該連接跡線布置成具有對由線圈形成的場減小的 影響。例如，單個線圈可具有圖8和圖9中描繪的線圈300的線圈幾何形狀。
[0102] 線圈性質(zhì)測量可在相對于標(biāo)本的多個離散的定位處執(zhí)行。每個線圈性質(zhì)測量值可 在相對于標(biāo)本的不同的離散定位處獲取。較大數(shù)目的線圈性質(zhì)測量值可導(dǎo)致在從線圈性質(zhì) 測量值生成三維電磁性質(zhì)圖的過程中增加的準(zhǔn)確度。
[0103] 在特定實施例中，線圈性質(zhì)測量值可包括線圈性質(zhì)測量值的多個不同的數(shù)據(jù)集。 數(shù)據(jù)集中的每一個可通過使用單個線圈進行多個線圈性質(zhì)測量來構(gòu)建。單個線圈對于每個 數(shù)據(jù)集可以是不同的。例如，每個數(shù)據(jù)集可與相對于與其他數(shù)據(jù)集相關(guān)聯(lián)的其他單個線圈 中的任一個具有不同的總體尺寸和/或外徑的單個線圈相關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)集可在不同的時間獲 得。數(shù)據(jù)集可根據(jù)本公開的示例性方面被共同地處理，以生成如下文討論的標(biāo)本的三維電 性質(zhì)分布。
[0104] 在圖11的（504)處，該方法包括將定位數(shù)據(jù)與所述多個線圈性質(zhì)測量值中的每一 個相關(guān)聯(lián)。用于每次線圈性質(zhì)測量的定位數(shù)據(jù)可指示當(dāng)線圈性質(zhì)測量被執(zhí)行時單個線圈相 對于標(biāo)本的定位和取向。定位數(shù)據(jù)可在例如計算系統(tǒng)的存儲裝置中與每個線圈性質(zhì)測量值 相關(guān)聯(lián)。
[0105] 定位數(shù)據(jù)可以多種方式獲得。在一個具體實施形式中，可從與平移裝置相關(guān)聯(lián)的 數(shù)據(jù)獲得用于每次測量的定位數(shù)據(jù)，該平移裝置用來將單個線圈相對于標(biāo)本定位在相對于 標(biāo)本的多個離散位置處。例如，平移裝置可被控制以將單個線圈定位在相對于標(biāo)本的多個 限定的位置處。定位數(shù)據(jù)可從這些限定的位置確定。
[0106] 來自與單個線圈相關(guān)聯(lián)的一個或多個傳感器(例如，一個或多個運動傳感器和一 個或多個深度傳感器)的信號也可用來確定用于線圈性質(zhì)測量的定位數(shù)據(jù)。當(dāng)所述多個線 圈性質(zhì)測量被執(zhí)行時，也可捕獲包含單個線圈的線圈裝置的圖像。單個線圈的定位可例如 基于圖像中描繪的線圈裝置的表面上的圖形的定位來確定。
[0107] 在(506)處，該方法包括訪問分析模型，該模型限定由單個線圈獲得的線圈性質(zhì)測 量值與標(biāo)本的電磁性質(zhì)之間的關(guān)系。例如，分析模型可例如從存儲裝置訪問。在一個特定的 具體實施形式中，分析模型將具有多個同心導(dǎo)電環(huán)的單個線圈的阻抗變化與標(biāo)本的電導(dǎo)率 分布關(guān)聯(lián)。更具體地講，分析模型可將單個線圈的阻抗變化與多種參數(shù)關(guān)聯(lián)。該參數(shù)可包括 標(biāo)本的電導(dǎo)率分布、與每個線圈損耗測量值相關(guān)聯(lián)的定位和取向、以及線圈的幾何形狀(例 如，同心導(dǎo)電環(huán)中的每一個的半徑）。
[0108] 在(508)處，該方法包括基于所述多個線圈性質(zhì)測量值和相關(guān)聯(lián)的定位數(shù)據(jù)來評 價分析模型。更具體地講，可使用模型執(zhí)行反演以確定最接近地導(dǎo)致所述多個線圈性質(zhì)測 量值的電導(dǎo)率分布。在一個示例性方面中，反演可通過將標(biāo)本離散化到有限元網(wǎng)格中來執(zhí) 行。有限元網(wǎng)格可包括多個多邊形元素，例如四面體元素。有限元網(wǎng)格的形狀和分辨率可針 對被分析的標(biāo)本被定制。就實用性而言，線圈位置數(shù)據(jù)可用來避免將由線圈經(jīng)過的空間的 那些區(qū)域網(wǎng)格化，從而提高了效率。一旦為標(biāo)本生成了有限元網(wǎng)格，就可使用非線性或有約 束的最小二乘求解程序來計算用于有限元網(wǎng)格的電導(dǎo)率分布。
[0109] 更具體地講，可為有限元網(wǎng)格計算多個候選的電磁性質(zhì)分布。這些候選的電磁性 質(zhì)分布中的每一個可使用諸如均方根誤差的成本函數(shù)來評價。成本函數(shù)可至少部分地基于 在所獲得的線圈性質(zhì)測量值與使用模型的理論線圈性質(zhì)測量值之間的差值將成本分配給 每個候選的電磁性質(zhì)分布。具有最低成本的候選的電磁性質(zhì)分布可被選擇為標(biāo)本的電磁性 質(zhì)分布。利用本文提供的公開內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離本公開的范圍 的情況下，其他合適的技術(shù)可用來使用分析模型確定電磁性質(zhì)分布。
[0110] 在(510)處，可基于使用反演算法識別的電磁性質(zhì)分布來生成三維電磁性質(zhì)圖。三 維性質(zhì)圖可為與標(biāo)本相關(guān)聯(lián)的多個三維點提供電磁性質(zhì)分布(例如，電導(dǎo)率分布）。沿著三 維電磁性質(zhì)圖的橫截面的二維視圖可接著被捕獲和呈現(xiàn)在例如顯示裝置上。電磁性質(zhì)圖的 三維視圖也可被生成、旋轉(zhuǎn)和呈現(xiàn)在例如顯示裝置上。
[0111] 實驗結(jié)果#1
[0112] 具有圖8和圖9中描繪的線圈300的線圈幾何形狀的兩個線圈被構(gòu)造。線圈"R"具有 Imm的跡線寬度。線圈"S"具有0.5mm的跡線寬度。每個跡線利用2盎司銅構(gòu)造。線圈"R"上的 跡線具有〇.68mm的等價圓形絲直徑(在具有相同的參數(shù)的意義上等價）。線圈"S"上的跡線 具有0.36mm的等價圓形絲直徑。
[0113]線圈被定位在相對于標(biāo)本的多個離散位置處，包括具有已知電導(dǎo)率的KCl水溶液 的30cmX 30cm X 13cm深水箱。相對于自由空間的導(dǎo)納變化被測量，然后用來計算損耗。然后 將損耗與使用上文討論的定量分析模型計算的理論損耗相比較。
[0114]圖12描繪了線圈"R"的理論損耗與觀測損耗的比較。圖12繪制了沿著橫坐標(biāo)的自 標(biāo)本的深度或標(biāo)本上方的距離和沿著縱坐標(biāo)的線圈損耗的圖線。曲線602描繪了線圈"R"的 觀測損耗。曲線604描繪了 13cm厚的無限板的理論損耗。曲線606描繪了有限板的理論損耗。 [0115]圖13描繪了線圈"S"的理論損耗與觀測損耗的比較。圖10繪制了沿著橫坐標(biāo)的自 標(biāo)本的深度或標(biāo)本上方的距離和沿著縱坐標(biāo)的線圈損耗的圖線。曲線612描繪了線圈"S"的 觀測損耗。曲線614描繪了 13cm厚的無限板的理論損耗。曲線616描繪了有限板的理論損耗。
[0116] 如圖12和圖13所示，使用圖8和圖9的線圈300的線圈幾何形狀獲得的線圈性質(zhì)測 量值緊密地追蹤使用本文所公開的示例性定量分析模型獲得的理論歐姆損耗。因此，圖8和 圖9的線圈300可有效地用于使用根據(jù)本公開的示例性方面的單個線圈的磁感應(yīng)斷層成像。
[0117] 實驗結(jié)果#2
[0118] 為了測試根據(jù)本公開的示例性方面的示例性定量分析模型，包括具有9cmX9cm平 方的尺寸和2cm厚度的板的標(biāo)本被細(xì)分為兩層。為標(biāo)本生成有限元網(wǎng)格，其由380個五面體 元素和342個節(jié)點組成。電導(dǎo)率被分布在網(wǎng)格節(jié)點上，這些節(jié)點的電導(dǎo)率從拐角附近的 1.0 S/m到中心附近的3. OS/m變化。圖13示出了根據(jù)下式為標(biāo)本限定的理論電導(dǎo)率分布620:
[0119]
[0120] 使用單個線圈在九個離散的線圈定位處模擬九個虛擬線圈性質(zhì)測量值。至少部分 地基于九個線圈性質(zhì)測量值使用定量分析模型執(zhí)行反演。圖14描繪了使用反演確定的最終 的三維電導(dǎo)率圖630。如圖所示，三維電導(dǎo)率圖630逼近真實電導(dǎo)率分布620,并且僅使用由 單個線圈在相對于標(biāo)本的離散定位處獲得的九個線圈性質(zhì)測量值來確定。
[0121 ]雖然本發(fā)明已經(jīng)就其具體實施例進行了詳細(xì)描述，但是將領(lǐng)會的是，本領(lǐng)域技術(shù) 人員在獲得前述內(nèi)容的理解后可以容易地設(shè)想出這些實施例的替代形式、變型形式和等同 方案。因此，本公開的范圍以舉例方式而不是以限制方式提供，并且本主題公開不排除包括 對本主題的此類修改形式、變型形式和/或添加，如對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯而易見 的。
【主權(quán)項】
1. 一種用于評估患者的健康狀況的方法，所述方法包括： 識別患者身上的目標(biāo)區(qū)域以用于醫(yī)學(xué)成像； 利用單個線圈獲得所述目標(biāo)區(qū)域的多個線圈性質(zhì)測量值，所述多個線圈性質(zhì)測量利用 所述單個線圈在相對于所述目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置處執(zhí)行； 處理所述多個線圈性質(zhì)測量值以生成所述目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率分布的圖像；以及 輸出所述圖像以評估所述患者的健康狀況。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述線圈性質(zhì)測量值包括指示所述單個線圈的阻 抗變化的線圈損耗測量值，所述變化由當(dāng)所述單個線圈被放置在所述目標(biāo)區(qū)域附近并且用 射頻能量激勵時在所述目標(biāo)區(qū)域中感應(yīng)的渦電流導(dǎo)致。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標(biāo)區(qū)域的至少一部分被骨骼組織遮擋。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述目標(biāo)區(qū)域包括腦或脊柱的至少一部分。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標(biāo)區(qū)域在至少部分地由氣體占據(jù)的位置處。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述目標(biāo)區(qū)域包括氣管、肺、胃或腸中的一者或多 者。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法還包括使用所述圖像來識別癌變組織。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述目標(biāo)區(qū)域包括乳房或胰腺。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法還包括使用所述圖像來評估所述患者的 燒傷狀況。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個線圈性質(zhì)測量值使用手持線圈裝置獲 得，所述手持線圈裝置包括所述單個線圈。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述單個線圈被放置在覆蓋標(biāo)本的一個或多 個非導(dǎo)電片上的同時，獲得所述多個線圈性質(zhì)測量值，所述非導(dǎo)電片具有指示所述離散位 置中的一者或多者的標(biāo)記。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述目標(biāo)區(qū)域被壓靠到絕緣板的同時，獲得所 述多個線圈性質(zhì)測量值，所述單個線圈被定位在所述絕緣板的另一側(cè)上的所述多個離散位 置處。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非導(dǎo)電板的形狀適于適應(yīng)所述目標(biāo)區(qū)域以有 利于固定所述目標(biāo)區(qū)域。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述患者被定位在具有非導(dǎo)電表面的臺上的同 時，獲得所述多個線圈性質(zhì)測量值，所述單個線圈設(shè)置在位于所述臺中的腔體內(nèi)。15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述臺包括一個或多個非導(dǎo)電支撐件以有利于固 定所述目標(biāo)區(qū)域。16. -種用于評估患者的健康狀況的方法，所述方法包括： 識別患者身上的目標(biāo)區(qū)域以用于醫(yī)學(xué)成像； 利用磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)的單個線圈獲得所述目標(biāo)區(qū)域的多個線圈性質(zhì)測量值，所述 多個線圈損耗測量利用所述單個線圈在相對于所述目標(biāo)區(qū)域的多個離散位置處執(zhí)行，所述 單個線圈包括布置在印刷電路板上的一個或多個平面中的一個或多個同心導(dǎo)電環(huán)； 訪問限定由所述單個線圈獲得的線圈性質(zhì)測量值與所述目標(biāo)區(qū)域的電導(dǎo)率分布之間 的關(guān)系的模型；以及 基于所述模型從所述多個線圈性質(zhì)測量值生成所述目標(biāo)區(qū)域的所述電導(dǎo)率分布的圖 像；以及 輸出所述圖像以評估所述患者的健康狀況。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個線圈性質(zhì)測量值使用手持線圈裝置獲 得，所述手持線圈裝置包括所述單個線圈。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述單個線圈被放置在覆蓋所述標(biāo)本的一個 或多個非導(dǎo)電片上的同時，獲得所述多個線圈性質(zhì)測量值，所述非導(dǎo)電片具有指示所述離 散位置中的一者或多者的標(biāo)記。19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述目標(biāo)區(qū)域被壓靠到絕緣板的同時，獲得所 述多個線圈性質(zhì)測量值，所述單個線圈被定位在所述絕緣板的另一側(cè)上的所述多個離散位 置處。20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述患者被定位在具有非導(dǎo)電表面的臺上的 同時，獲得所述多個線圈性質(zhì)測量值，所述單個線圈設(shè)置在位于所述臺中的腔體內(nèi)。
【文檔編號】A61B5/055GK105979865SQ201480075267
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年7月16日
【發(fā)明人】J·R·費爾德坎普, S·J·沙利文
【申請人】金伯利-克拉克環(huán)球有限公司