用于磁感應(yīng)斷層成像的線圈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種有利于使用單個(gè)線圈對諸如人體組織標(biāo)本的標(biāo)本進(jìn)行磁感應(yīng)斷層成像的線圈。所述線圈包括多個(gè)同心導(dǎo)電圓環(huán)。所述同心導(dǎo)電環(huán)可與連接跡線串聯(lián)連接，而不讓所述連接跡線使所述多個(gè)同心導(dǎo)電圓環(huán)產(chǎn)生的場失真。所述多個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)可布置在多個(gè)平面中(例如，在多層印刷電路板上)作為雙層疊堆。所述平面之間的間距或平面分隔距離可被選擇成使得在數(shù)學(xué)上所述多個(gè)導(dǎo)電環(huán)可被處理成位于共同平面中，以用于磁感應(yīng)斷層成像所用的定量分析模型的目的。
【專利說明】
用于磁感應(yīng)斷層成像的線圈
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本公開整體涉及磁感應(yīng)斷層成像領(lǐng)域，并且更具體地講，涉及用于磁感應(yīng)斷層成 像的線圈。
【背景技術(shù)】
[0002] 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)可基于因鄰近組織放置的感應(yīng)線圈而在組織中感應(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。
[0003] 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)在人體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低成本生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)來成像。這樣，磁 感應(yīng)斷層成像可用于例如傷口、潰瘍、腦外傷和其他異常組織狀態(tài)的生物醫(yī)學(xué)成像。
[0004] 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(lì)，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】

[0005] 本公開的實(shí)施例的方面和優(yōu)點(diǎn)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(shí)施例的實(shí)踐了解。
[0006] 本公開的一個(gè)示例性方面涉及一種用于人體組織的磁感應(yīng)斷層成像的線圈。該線 圈包括位于第一平面內(nèi)的多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)。所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)串聯(lián)連接。該線 圈還包括位于第二平面內(nèi)的多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)。第二平面與第一平面間隔開平面分隔距 離。所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)串聯(lián)連接。所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)與所述多個(gè)第二同心環(huán) 串聯(lián)連接。所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)被設(shè)置成使得所述多個(gè)第 一同心導(dǎo)電環(huán)中的每一個(gè)與所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)中的一個(gè)重疊。
[0007] 本公開的另一個(gè)示例性方面涉及一種提供用于磁感應(yīng)斷層成像的線圈的方法。該 方法包括在多層印刷電路板上的第一平面中布置多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)并在多層印刷電路 板上的第二平面中布置多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)。該方法還包括使用多條第一連接跡線串聯(lián)聯(lián) 接所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)并使用多條第二連接跡線串聯(lián)聯(lián)接所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)。 所述多條第一連接跡線和所述多條第二連接跡線徑向?qū)R以串聯(lián)連接所述多個(gè)第一同心 導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)，使得所述多條第一連接跡線中的一條的電流流動與所 述多條第二連接跡線中的一條的電流流動相反。
[0008] 本公開的又一個(gè)示例性方面涉及一種用于磁感應(yīng)斷層成像的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括RF 能量源和聯(lián)接到RF能量源的線圈。該線圈包括位于第一平面內(nèi)的多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)。所 述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)彼此串聯(lián)連接。該線圈還包括位于第二平面內(nèi)的多個(gè)第二同心導(dǎo)電 環(huán)。所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)彼此串聯(lián)連接。該系統(tǒng)還包括能夠在線圈鄰近標(biāo)本放置時(shí)獲 得線圈的電參數(shù)測量值的測量電路。第一平面和第二平面間隔開平面分隔距離。平面分隔 距離被選擇成使得所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)逼近用于磁感應(yīng) 斷層成像的模型中的同心導(dǎo)電環(huán)的單個(gè)平面。
[0009 ] 可以對本公開的這些示例性方面做出變型和修改。
[0010]參考下面的描述和所附的權(quán)利要求，各種實(shí)施例的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn) 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(shí)施例，并 且與該描述一起用來說明相關(guān)的原理。
【附圖說明】
[0011]提供給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的實(shí)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：
[0012] 圖1描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于利用單個(gè)線圈進(jìn)行磁感應(yīng)斷層成像 的示例性系統(tǒng)；
[0013] 圖2-3描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例生成的示例性電導(dǎo)率圖；
[0014] 圖4描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性線圈；
[0015] 圖5描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于磁感應(yīng)斷層成像的線圈的示例性連 接跡線；
[0016] 圖6描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于提供磁感應(yīng)斷層成像用線圈的示例 性方法的工藝流程圖。
[0017] 圖7描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)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8描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性方法的工 藝流程圖。
[0019] 圖9和10描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的利用實(shí)例獲得的線圈性質(zhì)測量值的 實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
[0020] 圖11和12描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的各種實(shí)施例，其一個(gè)或多個(gè)例子在下文示出。每個(gè)例子 都以解釋而不是限制本發(fā)明的方式提供。事實(shí)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(gè) 實(shí)施例的一部分而說明或描述的特征，可以用于另一個(gè)實(shí)施例以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此， 本發(fā)明旨在涵蓋這樣的修改和變化。
[0022] 挺塗
[0023] 一般來講，本公開的示例性方面涉及被設(shè)計(jì)成有利于使用單個(gè)線圈對標(biāo)本(諸如 人體組織標(biāo)本)進(jìn)行磁感應(yīng)斷層成像的線圈。典型的現(xiàn)有磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)使用多個(gè)線 圈（例如，源線圈的陣列和檢測線圈的陣列）來生成標(biāo)本(諸如人體組織標(biāo)本）的電導(dǎo)率圖。 使用多個(gè)線圈增加了磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)的復(fù)雜性。例如，可能需要多路技術(shù)以采用多個(gè) 線圈來獲得測量值。
[0024] 已經(jīng)作出了努力來減少磁感應(yīng)斷層成像所必需的線圈數(shù)量。例如，通過使用相對 于標(biāo)本重新定位線圈的技術(shù)或通過相對于線圈重新定位標(biāo)本，可以需要更少的線圈。雖然 可能有利的是降低磁感應(yīng)斷層成像所需的線圈數(shù)量，但是仍希望獲得盡可能多的測量值以 改善使用磁感應(yīng)斷層成像獲得的圖像的分辨率和精度。
[0025] 根據(jù)本公開的示例性方面而設(shè)計(jì)的線圈可有利于使用單個(gè)線圈進(jìn)行磁感應(yīng)斷層 成像。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(gè)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(gè)具體實(shí)施形式中，該模型為定量分析模型， 描述了具有多個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)的單個(gè)平面多環(huán)線圈的阻抗變化的實(shí)部(例如，歐姆損耗），該 變化由當(dāng)用RF能量激勵(lì)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(shí) 感應(yīng)的渦電流導(dǎo)致。根據(jù)本公開的示例性方面而設(shè)計(jì)的線圈可逼近在定量分析模型中提供 的同心導(dǎo)電環(huán)的單個(gè)平面。
[0026] 更具體地講，線圈可包括多個(gè)同心導(dǎo)電圓環(huán)，這些圓環(huán)具有足夠的環(huán)間間距，或足 夠不同的半徑，以減小與標(biāo)本的電容耦合。導(dǎo)電環(huán)可與連接跡線串聯(lián)連接，而不讓連接跡線 使所述多個(gè)同心導(dǎo)電圓環(huán)產(chǎn)生的場失真。所述多個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)可布置在多個(gè)平面中（例如， 在多層印刷電路板上）作為雙層疊堆。所述平面之間的間距或平面分隔距離可被選擇成使 得在數(shù)學(xué)上所述多個(gè)導(dǎo)電環(huán)可被處理成位于共同平面中，以用于定量分析模型的目的。例 如，平面分隔距離可以在約0.2mm至約0.7mm的范圍內(nèi)，例如約0.5mm。如本文所用，參照尺寸 或其他特性而使用的術(shù)語"約"旨在表示在該指定尺寸或其他特性的20%以內(nèi)。
[0027] 根據(jù)本公開的一個(gè)特定的示例性具體實(shí)施形式，線圈可包括位于第一平面內(nèi)的多 個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)和位于第二平面內(nèi)的多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)。所述多個(gè)第一導(dǎo)電環(huán)中的每 一個(gè)和所述多個(gè)第二導(dǎo)電環(huán)中的每一個(gè)可包括導(dǎo)電環(huán)中的間隙（例如，約〇. 5_或更小的間 隙）以有利于串聯(lián)連接導(dǎo)電環(huán)。所述多個(gè)間隙可彼此錯(cuò)開以進(jìn)一步有利于串聯(lián)連接所述多 個(gè)導(dǎo)電環(huán)。
[0028] 多條連接跡線可串聯(lián)連接導(dǎo)電環(huán)。例如，多條第一連接跡線可串聯(lián)連接第一導(dǎo)電 環(huán)并且多條第二連接跡線可串聯(lián)連接第二導(dǎo)電環(huán)。第一和第二連接跡線可被布置成使得源 自連接跡線的磁場彼此相反。例如，所述多條第一連接跡線中的一條可與所述多條第二連 接跡線中的一條幾乎徑向?qū)R，使得第一連接跡線中的電流流動與第二連接跡線中的電流 流動相反。
[0029]根據(jù)本公開的示例性方面而設(shè)計(jì)的線圈可從聯(lián)接到線圈的RF能量源（例如， 12.5MHz RF能量源)激勵(lì)。例如，所述多個(gè)第一導(dǎo)電環(huán)的最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)可聯(lián)接到RF能量源，而 所述多個(gè)第二導(dǎo)電環(huán)的最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)可聯(lián)接到基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)或電公共節(jié)點(diǎn)。線圈在由RF能量源激 勵(lì)時(shí)生成的磁場可表現(xiàn)為好像其源自多個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)的單個(gè)平面。
[0030]利用該模型，可使用采用該線圈獲得的多個(gè)線圈損耗測量值為人體組織生成三維 電磁性質(zhì)圖。更具體地講，一旦獲得多個(gè)線圈性質(zhì)測量值和線圈損耗測量值的相關(guān)定位數(shù) 據(jù)后，即可使用該模型來處理測量值以生成標(biāo)本的電磁性質(zhì)分布的三維圖，諸如標(biāo)本的三 維電導(dǎo)率圖。
[0031] 用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性系統(tǒng)
[0032] 圖1描繪了用于諸如人體組織標(biāo)本的標(biāo)本110的磁感應(yīng)斷層成像的示例性系統(tǒng) 100。系統(tǒng)100包括根據(jù)本公開的示例性方面的具有單個(gè)線圈125的線圈裝置120,以用于為 磁感應(yīng)斷層成像獲得線圈性質(zhì)測量值。線圈125可以是單個(gè)線圈，其具有設(shè)置在印刷電路板 上的一個(gè)或多個(gè)平面中的多個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)。下面將參照圖4和圖5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(jì)。
[0033]圖1的線圈裝置120可包括RF能量源(例如，振蕩器電路），其被構(gòu)造成當(dāng)線圈125鄰 近標(biāo)本110放置時(shí)利用在設(shè)定頻率(例如，12.5MHz)下的RF能量激勵(lì)線圈125。激勵(lì)的線圈 125可生成磁場，這可在標(biāo)本110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125 的線圈損耗(例如，阻抗變化）。線圈裝置120可包括電路(例如，測量電路），以用于確定在相 對于標(biāo)本110的特定位置處的線圈性質(zhì)測量期間與線圈125相關(guān)聯(lián)的線圈損耗。
[0034] 在線圈裝置120被定位在相對于標(biāo)本110的多種不同位置和取向的同時(shí)，線圈性質(zhì) 測量值可利用線圈裝置120的單個(gè)線圈125獲得。收集的線圈性質(zhì)測量值可提供至計(jì)算系統(tǒng) 140，在那里，線圈性質(zhì)測量值可被分析以生成標(biāo)本110的三維電磁性質(zhì)圖，例如，標(biāo)本110的 三維電導(dǎo)率圖或三維電容率圖。
[0035] 在一些特定的具體實(shí)施形式中，線圈裝置120可安裝到平移裝置130。平移裝置130 可以是機(jī)械手裝置，其例如由計(jì)算系統(tǒng)140或其他合適的控制裝置控制以使線圈裝置120沿 著X軸、y軸和z軸相對于標(biāo)本110平移，以便將線圈125定位在相對于標(biāo)本110的多個(gè)不同的 離散位置處。線圈裝置120可被控制（例如，由計(jì)算系統(tǒng)140)，以利用線圈125獲得在所述多 個(gè)離散位置中的每一個(gè)處的線圈性質(zhì)測量值。
[0036] 備選地，線圈裝置120可被手動地定位在所述多個(gè)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120相對于標(biāo)本110手動地定位，以在相對于標(biāo)本 110的多個(gè)離散位置處獲得線圈性質(zhì)測量值。
[0037] 為了生成標(biāo)本110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(gè)相關(guān)聯(lián)。定位數(shù)據(jù)可指示線圈125的定位(例如，如由X軸、y軸和z軸限 定的相對于標(biāo)本110的）以及線圈125的取向（例如，相對于標(biāo)本110的傾角）。當(dāng)使用平移裝 置130定位線圈125時(shí)，可至少部分地基于定位控制命令來確定線圈125的定位和取向，該命 令控制平移裝置130以定位在所述多個(gè)離散位置處。
[0038] 在本公開的一個(gè)實(shí)施例中，由定位在標(biāo)本110和線圈裝置120上方的攝像機(jī)135捕 獲的圖像可結(jié)合來自與線圈裝置120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120可包括一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動傳感器126(例 如，三軸加速計(jì)、陀螺儀和/或其他運(yùn)動傳感器)和深度傳感器128。單個(gè)線圈125相對于表面 的取向可使用來自運(yùn)動傳感器126的信號來確定。例如，來自三軸加速計(jì)的信號可用來確定 在線圈性質(zhì)測量期間單個(gè)線圈125的取向。
[0039]深度傳感器128可用來確定從單個(gè)線圈到標(biāo)本110的距離(例如，沿著z軸的定位）。 深度傳感器128可包括構(gòu)造成確定線圈125相對于表面的位置的一個(gè)或多個(gè)裝置。例如，深 度傳感器128可包括一個(gè)或多個(gè)激光傳感器裝置和/或聲學(xué)位置傳感器。在另一個(gè)具體實(shí)施 形式中，深度傳感器128可包括構(gòu)造成捕獲標(biāo)本110的圖像的一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)。圖像可被 處理以使用例如運(yùn)動推斷結(jié)構(gòu)技術(shù)確定到標(biāo)本Iio的深度。
[0040] 由攝像機(jī)135捕獲的圖像可用來確定線圈125沿著X軸和y軸的定位。更具體地講， 線圈裝置120也可包括位于線圈裝置120的表面上的圖形。當(dāng)所述多個(gè)線圈性質(zhì)測量被執(zhí)行 時(shí)，圖像捕獲裝置135可捕獲圖形的圖像。圖像可提供至計(jì)算系統(tǒng)140,計(jì)算系統(tǒng)140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110的定位。在特定的具體實(shí)施形 式中，攝像機(jī)135可包括遠(yuǎn)心鏡頭以減小由視差效應(yīng)導(dǎo)致的誤差。
[0041] 計(jì)算系統(tǒng)140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110的三維電磁性質(zhì)圖。計(jì)算系統(tǒng)140可包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算裝置，例如，臺式 計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、移動裝置、帶有一個(gè)或多個(gè)處理器的顯示器、或具有一個(gè)或 多個(gè)處理器和一個(gè)或多個(gè)存儲裝置的其他合適的計(jì)算裝置中的一者或多者。計(jì)算系統(tǒng)140 可使用一個(gè)或多個(gè)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)(例如，在集群或其他分布式計(jì)算系統(tǒng)中）實(shí)現(xiàn)。例如，計(jì)算 系統(tǒng)140可與一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程裝置160通信(例如，在有線或無線連接或網(wǎng)絡(luò)上）。
[0042] 計(jì)算系統(tǒng)140包括一個(gè)或多個(gè)處理器142和一個(gè)或多個(gè)存儲裝置144。所述一個(gè)或 多個(gè)處理器142可包括a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144可包括一個(gè)或多個(gè)類別的有形的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 的單個(gè)或多個(gè)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(jì)算系統(tǒng)140還可包括一個(gè)或多個(gè)輸入裝置162(例如，鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、 觸摸板、麥克風(fēng)等)和一個(gè)或多個(gè)輸出裝置164(例如，顯示器、揚(yáng)聲器等）。
[0043]存儲裝置144可存儲指令146,指令146在由所述一個(gè)或多個(gè)處理器142執(zhí)行時(shí)造成 所述一個(gè)或多個(gè)處理器142執(zhí)行運(yùn)算。計(jì)算裝置140可適于充當(dāng)專用機(jī)器，其通過訪問指令 146來提供所需的功能。指令146可在硬件中或軟件中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用軟件時(shí)，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(shí)現(xiàn)本文所含的教導(dǎo)。
[0044] 如圖所示，存儲裝置144可存儲指令146,指令146在由所述一個(gè)或多個(gè)處理器142 執(zhí)行時(shí)造成所述一個(gè)或多個(gè)處理器142實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)斷層成像（"MIT"）模塊148HT模塊148 可被構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)本文所公開的用于利用單個(gè)線圈進(jìn)行的磁感應(yīng)斷層成像的方法中的一者 或多者，例如，圖8中公開的方法。
[0045] 圖1的所述一個(gè)或多個(gè)存儲裝置144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(gè)或多個(gè)存儲裝置144可存儲與分析模 型150相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。分析模型150可限定由單個(gè)線圈獲得的線圈性質(zhì)測量值與標(biāo)本110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。
[0046] MIT模塊148可被構(gòu)造成接收來自輸入裝置162、來自線圈裝置120、來自平移裝置 130、來自存儲在所述一個(gè)或多個(gè)存儲裝置144中的數(shù)據(jù)或其他來源的輸入數(shù)據(jù)。MIT模塊 148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164提供給使用者。分析可備選地由一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程裝置160實(shí)現(xiàn)。
[0047] 本文所討論的技術(shù)引用了計(jì)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(jì) 算機(jī)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(jì)算機(jī)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(gè)計(jì)算裝置或組合地工作的多個(gè)計(jì)算裝置來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序可以在單個(gè)系 統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)或分布在多個(gè)系統(tǒng)中。分布式部件可以順序地或并行地操作。
[0048] 圖2描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的可使用單個(gè)線圈從多個(gè)線圈性質(zhì)測量值 由系統(tǒng)100生成的一個(gè)示例性電導(dǎo)率圖180。電導(dǎo)率圖180可基于線圈裝置120獲得的測量值 提供圖1的MIT模塊148生成的三維電導(dǎo)率圖的二維橫截面視圖。圖2的電導(dǎo)率圖180可例如 呈現(xiàn)在圖1的計(jì)算系統(tǒng)140的輸出裝置164上。
[0049] 圖2的電導(dǎo)率圖180提供了橫切并露出椎管的患者的脊柱的橫斷圖。電導(dǎo)率圖180 繪制了沿著以厘米為單位的X軸、y軸和z軸的電導(dǎo)率分布的圖線。電導(dǎo)率圖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，電導(dǎo)率圖 180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。
[0050] 圖3描繪了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的可使用單個(gè)線圈從多個(gè)線圈性質(zhì)測量值 由系統(tǒng)100生成的另一個(gè)示例性電導(dǎo)率圖190。電導(dǎo)率圖190可以是基于線圈裝置120獲得的 測量值的圖1的MIT模塊148生成的三維電導(dǎo)率圖的二維橫截面視圖。圖3的電導(dǎo)率圖190可 例如呈現(xiàn)在圖1的計(jì)算系統(tǒng)140的輸出裝置164上。
[0051]圖3的電導(dǎo)率圖190提供了偏離但平行于脊柱的患者的脊柱區(qū)域的矢狀圖。電導(dǎo)率 圖190繪制了沿著以厘米為單位的X軸、y軸和z軸的電導(dǎo)率分布的圖線。電導(dǎo)率圖190包括標(biāo) 度192,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，電導(dǎo)率圖 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)。電導(dǎo)率圖180和電導(dǎo)率圖 190與其他視圖一起可提供患者的脊柱區(qū)域的不同圖像，以用于診斷和其他目的。
[0052]用于單個(gè)線圈的示例性定量分析模型
[0053]現(xiàn)在將闡述一種用于從由單個(gè)線圈獲得的多個(gè)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(gè)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(diǎn)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(shí)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。
[0054]定量分析模型可將線圈的阻抗的實(shí)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(gè)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(gè)同心導(dǎo)電環(huán)中的每一個(gè)的半徑)和其他參數(shù)。下面提供了一個(gè)示例性模型：
[0055]
[0056] -δΖη為線圈性質(zhì)測量值(例如，線圈的阻抗損耗的實(shí)部）4為自由空間中的磁導(dǎo) 率。ω為線圈的激勵(lì)頻率。pk和巧為每個(gè)相互作用的環(huán)對j，k的每個(gè)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：
[0057]
[0058]
[0059] 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(diǎn)的徑向距離，而z衡量從線圈平面到標(biāo)本內(nèi)的相同點(diǎn)的距離。
[0060] 該模型引入作為定位函數(shù)的電導(dǎo)率。積分可使用有限元網(wǎng)格(例如，具有四面 體元素)評價(jià)，以生成多個(gè)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。
[0061] 用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性線圈裝置
[0062] 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(gè)同 心導(dǎo)電環(huán)的單個(gè)線圈獲得的多個(gè)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(jì)。
[0063] 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(gè)平面中 的多個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)。所述多個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)可包括位于第一平面內(nèi)的多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)和 位于第二平面中的多個(gè)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。
[0064] 此外，所述多個(gè)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(xiàn)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(gè)圓環(huán)的行為。
[0065] 圖4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200。如 圖所示，線圈200包括十個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)。更具體地講，線圈200包括設(shè)置在第一平面中的五個(gè) 第一同心導(dǎo)電環(huán)210和設(shè)置在第二平面中的五個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)220。第一同心導(dǎo)電環(huán)210 和第二同心導(dǎo)電環(huán)220可以是在多層印刷電路板上的Imm或0.5mm的銅跡線。在一個(gè)示例性 具體實(shí)施形式中，在任一平面中的五個(gè)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。
[0066] 如圖所示，所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)210中的每一個(gè)設(shè)置成使得它與所述多個(gè)第 二同心導(dǎo)電環(huán)220中的一個(gè)重疊。此外，第一同心導(dǎo)電環(huán)210和第二同心導(dǎo)電環(huán)220可間隔開 平面分隔距離。平面分隔距離可選擇成使得線圈200逼近由定量分析模型構(gòu)思的同心線圈 的單個(gè)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。
[0067] 所述多個(gè)第一導(dǎo)電環(huán)210可包括第一最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)214。所述第一最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)214可 聯(lián)接到RF能量源。所述多個(gè)第二導(dǎo)電環(huán)220可包括第二最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)224。所述第二最內(nèi)導(dǎo)電 環(huán)224可聯(lián)接到基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)(例如，接地節(jié)點(diǎn)或公共節(jié)點(diǎn)）。
[0068] 線圈還包括多條連接跡線230,其用來串聯(lián)連接第一同心導(dǎo)電環(huán)210和第二同心導(dǎo) 電環(huán)220。更具體地講，連接跡線230將所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)210彼此串聯(lián)聯(lián)接，并且可 將所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)220彼此串聯(lián)聯(lián)接。連接跡線230也可包括連接跡線235,其將最 外第一同心導(dǎo)電環(huán)212與最外第二同心導(dǎo)電環(huán)214串聯(lián)聯(lián)接。
[0069]如在圖5中更詳細(xì)地所示，連接跡線230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230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5,布置在第一平面中的連接跡線232可與第二平面中的連接跡線234幾乎徑向?qū)R。 在連接跡線232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232 和234生成的場彼此相反或抵消。
[0070] 如圖5中進(jìn)一步所示，所述多個(gè)第一導(dǎo)電環(huán)210和第二導(dǎo)電環(huán)220中的每一個(gè)可包 括間隙240，以有利于使用連接跡線230連接導(dǎo)電環(huán)。間隙可以在約0.2_至約0.7mm的范圍 內(nèi)，例如約0.5mm〇
[0071 ]間隙240可彼此錯(cuò)開以有利于串聯(lián)連接所述多個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)210和220。例如，與所 述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)210中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的間隙可從與所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)210中 的另一個(gè)相關(guān)聯(lián)的間隙錯(cuò)開。類似地，與所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)220中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的間 隙可從與所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)220中的另一個(gè)相關(guān)聯(lián)的間隙錯(cuò)開。與第一同心導(dǎo)電環(huán) 210中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的間隙也可從與所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)220中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的間隙 錯(cuò)開。錯(cuò)開的間隙可以不沿著與線圈200相關(guān)聯(lián)的相同軸線。
[0072] 如在以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果中所示，圖4和圖5的線圈200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200進(jìn)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）。
[0073] 圖6描繪了根據(jù)本公開的示例性方面的用于提供磁感應(yīng)斷層成像用線圈的示例性 方法(300)的工藝流程圖。圖6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(kuò)展。 [00 74] 在（302)，將多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)布置在第一平面中。例如，圖4的線圈200的所述 多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)210布置在多層印刷電路板的第一平面上。在圖6的（304)，將多個(gè)第二 同心導(dǎo)電環(huán)布置在第二平面中。例如，圖4的所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)220布置在多層印刷 電路板的第二平面上。
[0075]第一平面和第二平面可間隔開平面分隔距離。平面分隔距離可選擇成使得線圈逼 近在本文所公開的磁感應(yīng)斷層成像分析模型中的同心導(dǎo)電環(huán)的單個(gè)平面。例如，平面分隔 距離可選擇成在0.2mm至0.7mm的范圍內(nèi)。
[0076]在(306)，使用第一平面中的多條第一連接跡線串聯(lián)連接所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電 環(huán)。在圖6的（308)，使用第二平面中的多條第二連接跡線串聯(lián)連接所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電 環(huán)。連接跡線可徑向?qū)R以使得連接跡線生成的場彼此相反。例如，連接跡線可被布置成使 得所述多條第一連接跡線和所述多條第二連接跡線徑向?qū)R以串聯(lián)連接所述多個(gè)第一同 心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)，使得所述多條第一連接跡線中的一條的電流流動與 所述多條第二連接跡線中的一條的電流流動相反。
[0077]在（308)，該方法可包括將位于第一平面中的第一最外導(dǎo)電環(huán)與第二平面中的第 二最外導(dǎo)電環(huán)聯(lián)接，使得所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)串聯(lián)聯(lián)接。 例如，參見圖4,第一最外導(dǎo)電環(huán)212可與第二最外導(dǎo)電環(huán)222串聯(lián)聯(lián)接。
[0078]在圖6的（310 )，該方法可包括將第一最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)聯(lián)接到RF能量源。例如，參見圖4， 所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)210的最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)214可聯(lián)接到RF能量源。在圖6的（312)，第二最 內(nèi)導(dǎo)電環(huán)可聯(lián)接到基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)（例如，接地節(jié)點(diǎn)或公共節(jié)點(diǎn)）。例如，參見圖4,所述多個(gè)第二同 心導(dǎo)電環(huán)220的最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)224可聯(lián)接到基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)。
[0079] 用于獲得線圈性質(zhì)測量值的示例性電路
[0080] 圖7描繪了可用來使用圖4和圖5的線圈200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7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(lì)線圈200 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200。固定頻率可以是例如約12.5MHz。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，RF能量源 410可聯(lián)接到線圈200的所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)的最內(nèi)同心導(dǎo)電環(huán)。線圈200的所述多個(gè) 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(diǎn)(例如，公共或接地）。
[0081 ] 電路400可包括一個(gè)或多個(gè)處理器420,以控制電路400的各個(gè)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(gè)或多個(gè)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。
[0082]所述一個(gè)或多個(gè)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 200捕獲線圈損耗測量值。例如，所述一個(gè)或多個(gè)處理器420可控制與線圈200并聯(lián)聯(lián)接的變 抗器415,以便當(dāng)線圈200被定位成鄰近用于線圈性質(zhì)測量的標(biāo)本時(shí)驅(qū)動線圈200至共振或 近共振。所述一個(gè)或多個(gè)處理器420也可控制測量電路430,以便當(dāng)線圈200被定位成鄰近標(biāo) 本時(shí)獲得線圈性質(zhì)測量值。
[0083]測量電路430可被構(gòu)造成利用線圈200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200的線圈損耗。在一個(gè)具體實(shí)施形式中，測量電路 430可被構(gòu)造成測量線圈200的導(dǎo)納變化的實(shí)部。線圈200的導(dǎo)納變化的實(shí)部可被轉(zhuǎn)換為作 為導(dǎo)納的倒數(shù)的線圈200的阻抗變化的實(shí)部，以用于分析模型。
[0084] 線圈200的導(dǎo)納可以多種方式測量。在一個(gè)實(shí)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200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200上的電壓與和線圈200串聯(lián)聯(lián) 接的傳感電阻器的電壓之間的比率。線圈200的導(dǎo)納可基于由測量電路430獲得的線圈200 的相位和增益而得出（例如，由所述一個(gè)或多個(gè)處理器420)。
[0085] 一旦獲得線圈性質(zhì)測量值，所述一個(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)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。
[0086] 用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性方法
[0087] 圖8描繪了根據(jù)本公開的示例性方面的用于磁感應(yīng)斷層成像的示例性方法(500) 的工藝流程圖。方法(500)可由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算裝置實(shí)現(xiàn)，例如圖1中描繪的計(jì)算系統(tǒng)140的 一個(gè)或多個(gè)計(jì)算裝置。此外，圖8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(kuò)展。
[0088] 在(502)處，該方法可包括訪問利用單個(gè)線圈在相對于標(biāo)本的多個(gè)不同的離散位 置處獲得的多個(gè)線圈性質(zhì)測量值。例如，所述多個(gè)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(gè)線圈的線圈裝置。線圈性質(zhì)測量值可以是 當(dāng)單個(gè)線圈被用RF能量激勵(lì)并且鄰近標(biāo)本放置在所述多個(gè)離散位置中的一個(gè)處時(shí)由單個(gè) 線圈捕獲的線圈損耗測量值。
[0089] 在一個(gè)具體實(shí)施形式中，單個(gè)線圈可包括多個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)。例如，單個(gè)線圈可具有 布置在第一平面中的多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)和布置在第二平面中的多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)。所 述多個(gè)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(gè)線圈可具有圖4和圖5中描繪的線圈200的線圈幾何形狀。
[0090] 線圈性質(zhì)測量值可在相對于標(biāo)本的多個(gè)離散的定位處獲得。每個(gè)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。
[0091] 在特定實(shí)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(gè)不同的數(shù)據(jù)集。 數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)可通過使用單個(gè)線圈進(jìn)行多個(gè)線圈性質(zhì)測量來構(gòu)建。單個(gè)線圈對于每個(gè) 數(shù)據(jù)集可以是不同的。例如，每個(gè)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(gè)線圈 中的任一個(gè)具有不同的總體尺寸和/或外徑的單個(gè)線圈相關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)集可在不同的時(shí)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。
[0092] 在圖8的（504)處，該方法包括將定位數(shù)據(jù)與所述多個(gè)線圈性質(zhì)測量值中的每一個(gè) 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(shí)單個(gè)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(jì)算系統(tǒng)的存儲裝置中與每個(gè)線圈性質(zhì)測量值相 關(guān)聯(lián)。
[0093]定位數(shù)據(jù)可以多種方式獲得。在一個(gè)具體實(shí)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(gè)線圈相對于標(biāo)本定位在相對于 標(biāo)本的多個(gè)離散位置處。例如，平移裝置可被控制以將單個(gè)線圈定位在相對于標(biāo)本的多個(gè) 限定的位置處。定位數(shù)據(jù)可從這些限定的位置確定。
[0094] 來自與單個(gè)線圈相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)傳感器(例如，一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動傳感器和一 個(gè)或多個(gè)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(gè)線 圈性質(zhì)測量被執(zhí)行時(shí)，也可捕獲包含單個(gè)線圈的線圈裝置的圖像。單個(gè)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。
[0095] 在(506)處，該方法包括訪問分析模型，該模型限定由單個(gè)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(gè)特定的 具體實(shí)施形式中，分析模型將具有多個(gè)同心導(dǎo)電環(huán)的單個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)的半徑）。關(guān)于示例性定量模型的細(xì)節(jié)在上文所討論的用于單個(gè) 線圈的示例性定量分析模型的討論中給出。
[0096] 在(508)處，該方法包括基于所述多個(gè)線圈性質(zhì)測量值和相關(guān)聯(lián)的定位數(shù)據(jù)來評 價(jià)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(gè)線圈性質(zhì)測 量值的電導(dǎo)率分布。在一個(gè)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(gè)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(shí)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(jì)算用于有限元網(wǎng)格的電導(dǎo)率分布。
[0097]更具體地講，可為有限元網(wǎng)格計(jì)算多個(gè)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(gè)可使用諸如均方根誤差的成本或目標(biāo)函數(shù)來評價(jià)。成本或目標(biāo)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(gè)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。
[0098]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(gè)三維點(diǎn)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。
[0099] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果#1
[0100]具有圖4和圖5中描繪的線圈200的線圈幾何形狀的兩個(gè)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(gè)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(jià)圓形絲直徑(在具有相同的參數(shù)的意義上等價(jià)）。線圈"S"上的跡線 具有0.36mm的等價(jià)圓形絲直徑。
[0101]線圈被定位在相對于標(biāo)本的多個(gè)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(jì)算損耗。然后 將損耗與使用上文討論的定量分析模型計(jì)算的理論損耗相比較。
[0102] 圖9描繪了線圈"R"的理論損耗與觀測損耗的比較。圖9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。
[0103] 圖10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。
[0104] 如圖9和圖10所示，使用圖4和圖5的線圈200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4和圖 5的線圈200可有效地用于使用根據(jù)本公開的示例性方面的單個(gè)線圈的磁感應(yīng)斷層成像。
[0105] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果#2
[0106] 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(gè)五面體 元素和342個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。電導(dǎo)率被分布在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，這些節(jié)點(diǎn)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10示出了根據(jù)下式為標(biāo)本限定的理論電導(dǎo)率分布620:
[0107]
[0108] 使用單個(gè)線圈在九個(gè)離散的線圈定位處模擬九個(gè)虛擬線圈性質(zhì)測量值。至少部分 地基于九個(gè)線圈性質(zhì)測量值使用定量分析模型執(zhí)行反演。圖11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(shí)電導(dǎo)率分布620,并且僅使用由 單個(gè)線圈在相對于標(biāo)本的離散定位處獲得的九個(gè)線圈性質(zhì)測量值來確定。
[0109]雖然本發(fā)明已經(jīng)就其具體實(shí)施例進(jìn)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(shí)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(xiàng)】
1. 一種用于人體組織的磁感應(yīng)斷層成像的線圈，包括： 位于第一平面內(nèi)的多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)，所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)串聯(lián)連接；以及 位于第二平面內(nèi)的多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)，所述第二平面與所述第一平面間隔開平面分 隔距離，所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)串聯(lián)連接； 其中所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)與所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)串聯(lián)連接，所述多個(gè)第一同 心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)被設(shè)置成使得所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)中的每一個(gè) 與所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)中的一個(gè)重疊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈，其中所述平面分隔距離被選擇成使得所述多個(gè)第一同 心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)逼近用于磁感應(yīng)斷層成像的模型中的同心導(dǎo)電環(huán)的 單個(gè)平面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈，其中所述平面分隔距離在0.2_至0.7_的范圍內(nèi)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈，其中所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo) 電環(huán)采用多條連接跡線串聯(lián)連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的線圈，其中所述多條連接跡線被布置成使得源自所述連接跡 線的場彼此相反。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的線圈，其中所述多條連接跡線徑向?qū)R以串聯(lián)連接所述多個(gè) 第一同心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)，使得位于所述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所述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。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈，其中所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)中的每一個(gè)具有間隙以 有利于所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)的串聯(lián)連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的線圈，其中所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)中的每一個(gè)具有間隙以 有利于所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)的串聯(lián)連接。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的線圈，其中與所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)中的一個(gè)相關(guān)的間隙 從與所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)中的一個(gè)相關(guān)的間隙錯(cuò)開。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈，其中所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)的第一最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)聯(lián)接 到RF能量源并且所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)的第二最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)聯(lián)接到基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈，其中所述線圈聯(lián)接到能夠測定所述線圈阻抗變化的測 量電路。12. -種提供用于磁感應(yīng)斷層成像的線圈的方法，所述方法包括： 在多層印刷電路板上的第一平面中布置多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)； 在所述多層印刷電路板上的第二平面中布置多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)； 使用多條第一連接跡線串聯(lián)聯(lián)接所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)； 使用多條第二連接跡線串聯(lián)聯(lián)接所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)； 其中所述多條第一連接跡線和所述多條第二連接跡線徑向?qū)R以串聯(lián)連接所述多個(gè) 第一同心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)，使得所述多條第一連接跡線中的一條的電流 流動與所述多條第二連接跡線中的一條的電流流動相反。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一平面和所述第二平面間隔開平面分隔 距離。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述平面分隔距離被選擇成使得所述多個(gè)第一 同心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)逼近用于磁感應(yīng)斷層成像的模型中的同心導(dǎo)電環(huán) 的單個(gè)平面。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述平面分隔距離被選擇成在約0.2mm至約 0.7mm的范圍內(nèi)。16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述方法包括將所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)的第 一最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)聯(lián)接到RF能量源并且將所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)的第二最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)聯(lián)接到 基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)。17. -種用于磁感應(yīng)斷層成像的系統(tǒng)，包括： RF能量源； 聯(lián)接到所述RF能量源的線圈，所述線圈包括位于第一平面內(nèi)的多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)， 所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)彼此串聯(lián)連接;所述線圈還包括位于第二平面內(nèi)的多個(gè)第二同心 導(dǎo)電環(huán)，所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)彼此串聯(lián)連接;以及 能夠在所述線圈鄰近標(biāo)本放置時(shí)獲得所述線圈的電參數(shù)測量值的測量電路； 其中所述第一平面和所述第二平面間隔開平面分隔距離，所述平面分隔距離被選擇成 使得所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)逼近用于磁感應(yīng)斷層成像的模 型中的同心導(dǎo)電環(huán)的單個(gè)平面。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述測量電路包括： 被構(gòu)造成測量與所述線圈相關(guān)的電流與電壓之間的相位角的相測量電路；以及 被構(gòu)造成至少部分地基于與所述線圈相關(guān)的電壓以及與所述線圈串聯(lián)聯(lián)接的傳感電 阻器兩端的電壓而測量電壓增益的電壓增益測量電路。19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述RF能量源聯(lián)接到所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán) 的最內(nèi)導(dǎo)電環(huán)。20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述線圈包括多條徑向?qū)R的連接跡線，所述連 接跡線串聯(lián)連接所述多個(gè)第一同心導(dǎo)電環(huán)和所述多個(gè)第二同心導(dǎo)電環(huán)，使得位于所述第一 平面中的所述多條連接跡線中的一條的電流流動與位于所述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。
【文檔編號】A61B5/055GK105979866SQ201480075356
【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(fèi)爾德坎普
【申請人】金伯利-克拉克環(huán)球有限公司