專利名稱：用于校準磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于校準例如磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)的成像系統(tǒng)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
磁感應(yīng)斷層成像術(shù)(MIT)是一種應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)療成像中的非侵入式成像技術(shù)。 和其他電成像技術(shù)相對照，MIT不需要傳感器與待成像的物體直接接觸。MIT利用來自一個或多個發(fā)生器線圈(也稱為激勵線圈)的磁場以便在待研究的 物體(即材料)中感應(yīng)出渦流。換言之，用時變磁場來激勵掃描區(qū)。傳導(dǎo)和/或可滲透材料 的存在使得其中的激勵場發(fā)生扭曲。所述初級磁場的擾動即由渦流引起的次級磁場，是通 過許多傳感器線圈(也稱為測量線圈、檢測線圈或接收線圈)來檢測的。獲取成組測量結(jié) 果，用于恢復(fù)物體的位置、形狀和電磁特性。MIT對所有三個被動電磁特性都敏感電導(dǎo)率、 介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。結(jié)果，例如可以在目標物體中重構(gòu)電導(dǎo)率的貢獻。具體說來，MIT適用 于檢查生物組織，因為這種組織的磁導(dǎo)率的值μκ 1?，F(xiàn)有技術(shù)專利申請W02007072343公開了一種用于研究物體的電磁特性的磁感應(yīng) 斷層成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個或多個適用于產(chǎn)生初級磁場的發(fā)生器線圈，所述初級磁場 在物體中感應(yīng)出渦流；一個或多個適用于檢測次級磁場的傳感器線圈，所述次級磁場作為 所述渦流的結(jié)果而產(chǎn)生；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 器線圈和另一方面的待研究的物體之間的相對運動的裝置。通過相對于目標物體移動發(fā)生 器線圈和/或傳感器線圈，就可增大獨立測量的數(shù)量而無需更多的線圈。結(jié)果，可以更加容 易地對靈敏度矩陣求逆，解更加穩(wěn)定，并且重構(gòu)圖像的空間分辨率更高。MIT系統(tǒng)的一個主要應(yīng)用是在生物醫(yī)學(xué)監(jiān)測領(lǐng)域。在這種情況下，需要該系統(tǒng)工作 長的時間。系統(tǒng)偏移尤其是溫度引起的偏移，可能影響測量的精度。電子設(shè)備通常在不同 的溫度條件下具有不同的相延特性，并且機械結(jié)構(gòu)在溫度變化時也將發(fā)生改變。所有這些 變化都可能影響需要以毫度精度測量的系統(tǒng)的精度。因此，必須經(jīng)常對所述成像系統(tǒng)進行 校準。在常規(guī)的校準方法中，患者必須離開測量室。顯然，在監(jiān)測的是嚴重受傷的患者時， 進行這種校準并不方便，患者的任何動作都將加重他/她的病情。因此，需要提供一種用于不移動受監(jiān)測患者而校準成像系統(tǒng)的方法和設(shè)備，以提 高系統(tǒng)精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是校準成像系統(tǒng)。本發(fā)明是通過提供一種校準成像系統(tǒng)的方法 來實現(xiàn)這個目的的，該方法包括-第一測量步驟，其測量與置于成像系統(tǒng)的測量室中的參考物體關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng)信 號，以便獲得第一組測量數(shù)據(jù)；-根據(jù)所述第一組測量數(shù)據(jù)和一組偏移數(shù)據(jù)計算第一組參數(shù)的步驟，所述第一組 參數(shù)表示參考物體的電磁特性，該偏移數(shù)據(jù)組是所述系統(tǒng)的偏移的初始估計；
-第二測量步驟，其測量與置于測量室中的參考物體和感興趣物體關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng) 信號，以便獲得第二組測量數(shù)據(jù)；-根據(jù)所述第二組測量數(shù)據(jù)和所述偏移數(shù)據(jù)組計算第二組參數(shù)的步驟，所述第二 組參數(shù)表示參考物體和感興趣物體的電磁特性；-根據(jù)測量室中參考物體的形狀和/或位置從所述第二組參數(shù)導(dǎo)出第三組參數(shù)的 步驟，所述第三組參數(shù)表示參考物體的電磁特性；和-從所述第一和第三組參數(shù)導(dǎo)出一組最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)的步驟，該最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)組是 所述系統(tǒng)的偏移的估計；和-用所述最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)組更新所述偏移數(shù)據(jù)組的步驟。通過計算基于表示參考物體的電磁特性并且由測得的信號導(dǎo)出的參數(shù)變化的評 價函數(shù)，該方法可以導(dǎo)出一組使得該評價函數(shù)最小的最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)，從而可以補償所述成 像系統(tǒng)的偏移的影響，即降低成像系統(tǒng)偏差所引起的不精確度，而不將感興趣物體移出測量室。有利的是，在一個實施例中，該參考物體包括不傳導(dǎo)外殼和由該外殼形成的腔體， 該方法還包括步驟-在所述第一測量步驟或所述第二測量步驟之前將傳導(dǎo)流體填充到參考物體的腔 體中；-在所述第二測量步驟之后從該腔體中清空所述傳導(dǎo)流體。通過從參考物體的腔體中清空傳導(dǎo)流體，在測量室中只留下參考物體的不傳導(dǎo)外 殼，這使得在監(jiān)測患者期間由參考物體引起的磁干擾最小，從而改善了圖像質(zhì)量。本發(fā)明的另一個目的是校準成像系統(tǒng)的偏移。本發(fā)明是通過提供一種用于校準成 像系統(tǒng)的偏移的設(shè)備來實現(xiàn)這個目的的，該設(shè)備包括-測量單元，其用于測量與置于所述系統(tǒng)的測量室中的參考物體關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng)信 號以便獲得第一組測量數(shù)據(jù)，并且測量與置于測量室中的參考物體和感興趣物體關(guān)聯(lián)的磁 感應(yīng)信號以便獲得第二組測量數(shù)據(jù)；-第一計算器，其用于根據(jù)所述第一組測量數(shù)據(jù)和一組偏移數(shù)據(jù)計算第一組參數(shù) 并且用于根據(jù)所述第二組測量數(shù)據(jù)和該偏移數(shù)據(jù)組計算第二組參數(shù)，所述第一組參數(shù)表示 參考物體的電磁特性，所述第二組參數(shù)表示參考物體和感興趣物體的電磁特性，所述偏移 數(shù)據(jù)組是所述系統(tǒng)的偏移的初始估計；-第二計算器，其用于根據(jù)測量室中參考物體的已知形狀和/或已知位置從所述 第二組參數(shù)導(dǎo)出第三組參數(shù)，所述第三組參數(shù)表示參考物體的電磁特性；-第一處理單元，其用于從所述第一和第三組參數(shù)導(dǎo)出一組最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)，該最優(yōu) 偏移數(shù)據(jù)組是所述系統(tǒng)的偏移的估計；-第二處理單元，其用于利用所述最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)組更新所述偏移數(shù)據(jù)組。在另一個實施例中，當(dāng)參考物體包括不傳導(dǎo)外殼和由該外殼形成的腔體時，該設(shè) 備還包括填充單元，其用于將傳導(dǎo)流體填充到參考物體的腔體中；清空單元，其用于從該 腔體中清空所述傳導(dǎo)流體；第一控制器，其用于控制所述填充單元和所述清空單元。下面將描述本發(fā)明的詳細解釋和其他方面。


根據(jù)下面參考附圖的詳細說明，本發(fā)明的上述以及其他目的和特征將變得更加顯 而易見，在附圖中圖1為示例地表示依照本發(fā)明的成像系統(tǒng)測量室的一個實施例的示意圖；圖2為依照本發(fā)明的方法的第一流程圖；圖3為依照本發(fā)明的方法的第二流程圖；圖4為示例地表示依照本發(fā)明的成像系統(tǒng)的一個實施例的方框圖；在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相似的部件。
具體實施例方式圖1為示例地表示依照本發(fā)明的成像系統(tǒng)測量室的一個實施例的示意圖。在圖1所示的實施例中，測量室100是成像系統(tǒng)的一部分，它由圓形體103形成， 用于容納待成像的物體。這些待成像的物體限定了用于成像的感興趣物體101，例如患者頭 部，或者其身體的其他部位。這些待成像的物體也可以包括一個或多個參考物體102，其如 下文所解釋的可以用于校準成像系統(tǒng)的偏移。圖2為校準成像系統(tǒng)的偏移的方法的第一流程圖。依照本發(fā)明，該方法包括第一測量步驟204，其測量與置于所述系統(tǒng)的測量室100 中的參考物體102關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng)信號，以便獲得第一組測量數(shù)據(jù)。如圖1所示，參考物體 102可以包括幾個具有預(yù)定形狀的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)體，每個結(jié)構(gòu)體可以置于測量室100中的預(yù)定位置。在用于生物醫(yī)學(xué)監(jiān)測的磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)的應(yīng)用中，所述第一測量步驟包括子 步驟通過提供激勵信號產(chǎn)生初級磁場，該初級磁場在待測量的物體中感應(yīng)出渦流；檢測 次級磁場以便產(chǎn)生相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)組，所述次級磁場作為所述渦流的結(jié)果而產(chǎn)生，并且由 一組測量數(shù)據(jù)表示。所述第一組測量數(shù)據(jù)可以包括相差矢量，每個相差反映了激勵信號和 測得的磁感應(yīng)信號之間的電壓差。該方法還包括步驟206，其根據(jù)所述第一組測量數(shù)據(jù)和一組偏移數(shù)據(jù)計算第一組 參數(shù)，所述第一組參數(shù)表示參考物體的電磁特性，所述初始偏移數(shù)據(jù)組是所述系統(tǒng)的偏移 的初始估計。計算步驟206遵循圖像重構(gòu)理論，例如遵循傳導(dǎo)率計算和圖像重構(gòu)的方法，在 現(xiàn)有技術(shù)文獻“Image reconstruction approaches for Philips magnetic induction tomography (用于Philips磁感應(yīng)斷層成像的圖像重構(gòu)方法)”，M. Vauhkonen, M. Hamsch and C. H. Igney，ICEBI 2007，IFMBE Proceedings 17，ρρ· 468-471，2007 中描述了所述傳導(dǎo) 率計算和圖像重構(gòu)。所述初始偏移數(shù)據(jù)組可以通過在測量室為空時測量獲得?？商鎿Q地，所述初始偏 移數(shù)據(jù)組可以通過經(jīng)驗的偏移數(shù)據(jù)組來確定，或者結(jié)合針對空的測量室的測量數(shù)據(jù)和經(jīng)驗 的偏移數(shù)據(jù)組來確定。該方法還包括第二測量步驟210，其測量與置于測量室100中的參考物體102和感 興趣物體101關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng)信號，以便獲得第二組測量數(shù)據(jù)。所述第二測量步驟210與所 述第一測量步驟204相似，主要差別在于待測量物體包括參考物體102和感興趣物體101兩者。在第一測量步驟204之后，將感興趣物體101置于測量室中而不移動參考物體102， 并且感興趣物體101在測量空間中不與參考物體102重疊。感興趣物體101可以是患者頭 部，或者某種具有待分析特殊電磁特性的可感知材料。該方法還包括步驟212，其根據(jù)所述第二組測量數(shù)據(jù)和所述偏移數(shù)據(jù)組計算第二 組參數(shù)，所述第二組參數(shù)表示參考物體和感興趣物體的電磁特性。類似于步驟206中執(zhí)行 的計算，計算步驟212例如通過使用上述現(xiàn)有技術(shù)中描述的方法而遵循相同的圖像重構(gòu)理 論。該方法還包括步驟216，其根據(jù)測量室中參考物體的已知形狀和/或已知位置從 所述第二組參數(shù)導(dǎo)出第三組參數(shù)，所述第三組參數(shù)表示參考物體的電磁特性。當(dāng)測量室100中參考物體102的位置已知即預(yù)定時，表示感興趣物體101和參考 物體102的電磁特性的第二組參數(shù)可以分成兩部分第一部分表示參考物體的電磁特性 (所述第三組參數(shù))并且可以用于以下的評價函數(shù)計算；第二部分表示感興趣物體的電磁 特性(第四組參數(shù))并且可以用于表示感興趣物體三維電磁特性的圖像的進一步重構(gòu)。該方法還包括步驟218，其從所述第一和第三組參數(shù)導(dǎo)出一組最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)，該最 優(yōu)偏移數(shù)據(jù)組是所述系統(tǒng)的偏移的估計。在一個實施例中，導(dǎo)出步驟218包括計算由下式 定義的評價函數(shù)F(S1; S3)的子步驟
權(quán)利要求
一種校準成像系統(tǒng)的方法，該方法包括 第一測量步驟(204)，其測量與置于該成像系統(tǒng)的測量室(100)中的參考物體(102)關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng)信號，以便獲得第一組測量數(shù)據(jù)； 步驟(206)，其根據(jù)所述第一組測量數(shù)據(jù)和一組偏移數(shù)據(jù)計算第一組參數(shù)，所述第一組參數(shù)表示所述參考物體(102)的電磁特性，所述偏移數(shù)據(jù)組是所述系統(tǒng)的偏移的初始估計； 第二測量步驟(210)，其測量與置于所述測量室(100)中的所述參考物體(102)和感興趣物體(101)關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng)信號，以便獲得第二組測量數(shù)據(jù)； 步驟(212)，其根據(jù)所述第二組測量數(shù)據(jù)和所述偏移數(shù)據(jù)組計算第二組參數(shù)，所述第二組參數(shù)表示所述參考物體(102)和感興趣物體(101)的電磁特性； 步驟(216)，其根據(jù)測量室中所述參考物體(102)的形狀和/或位置從所述第二組參數(shù)導(dǎo)出第三組參數(shù)，所述第三組參數(shù)表示所述參考物體的電磁特性；和 步驟(218)，其從所述第一和第三組參數(shù)導(dǎo)出一組最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)，該最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)組是所述系統(tǒng)的偏移的估計；和 步驟(220)，其用所述最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)組更新所述偏移數(shù)據(jù)組。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟-在所述第一測量步驟(204)或所述第二測量步驟(210)之前將傳導(dǎo)流體填充(304、 328)到所述參考物體(102)的腔體(403)中；和-在所述第二測量步驟(210)之后從所述腔體(403)中清空(314)所述傳導(dǎo)流體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括控制測量與所述參考物體和感興趣物體關(guān)聯(lián) 的信號以便校準所述系統(tǒng)的偏移的時刻的步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中測量步驟包括子步驟-通過提供激勵信號產(chǎn)生初級磁場，該初級磁場在待測量的物體中感應(yīng)出渦流；和 _檢測次級磁場以便產(chǎn)生相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)組，所述次級磁場作為所述渦流的結(jié)果而產(chǎn) 生，并且由一組測量數(shù)據(jù)表示。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中導(dǎo)出一組最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)的步驟包括迭代的子步驟 -計算由下式定義的評價函數(shù)式中=Sp S3分別表示包括M個元素的所述第一和第三組參數(shù)，(^和Oi ’分別表示S1 和S3中第i個元素的數(shù)據(jù)值，F(xiàn)(S” S3)表示評價函數(shù)；和_更新該偏移數(shù)據(jù)組從而獲得經(jīng)過更新的第一和第三組參數(shù)以便計算評價函數(shù)，直到 獲得使得評價函數(shù)的值最小的一組最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中每組測量數(shù)據(jù)中的每個數(shù)據(jù)與響應(yīng)于激勵信號的相 差對應(yīng)，每組參數(shù)中的每個數(shù)據(jù)與位于測量室中一個位置處的待測量物體的傳導(dǎo)率估計對 應(yīng)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述偏移數(shù)據(jù)組的初始估計通過測量與空的測量室 (100)關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng)信號和/或通過一組預(yù)定的偏移數(shù)據(jù)來確定。2
8.一種用于校準成像系統(tǒng)的偏移的設(shè)備(400)，該設(shè)備包括-測量單元(410)，其用于測量與置于所述系統(tǒng)的測量室中的參考物體關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng) 信號以便獲得第一組測量數(shù)據(jù)，并且測量與置于所述測量室中的所述參考物體和感興趣物 體關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng)信號以便獲得第二組測量數(shù)據(jù)；-第一計算器(420)，其用于根據(jù)所述第一組測量數(shù)據(jù)和一組偏移數(shù)據(jù)計算第一組參 數(shù)并且用于根據(jù)所述第二組測量數(shù)據(jù)和所述偏移數(shù)據(jù)組計算第二組參數(shù)，所述第一組參數(shù) 表示所述參考物體的電磁特性，所述第二組參數(shù)表示所述參考物體和感興趣物體的電磁特 性，所述偏移數(shù)據(jù)組是所述系統(tǒng)的偏移的初始估計；-第二計算器(430)，其用于根據(jù)測量室中所述參考物體的已知形狀和/或已知位置從 所述第二組參數(shù)導(dǎo)出第三組參數(shù)，所述第三組參數(shù)表示所述參考物體的電磁特性；-第一處理單元(440)，其用于從所述第一和第三組參數(shù)導(dǎo)出一組最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)，該最 優(yōu)偏移數(shù)據(jù)組是所述系統(tǒng)的偏移的估計；和-第二處理單元(450)，其用于利用所述最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)組更新所述偏移數(shù)據(jù)組。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述參考物體包括不傳導(dǎo)外殼(402)和由該外殼 (402)形成的腔體(403)，該設(shè)備還包括填充單元(462)，其用于將傳導(dǎo)流體填充到所述參 考物體的腔體(403)中；清空單元(464)，其用于從該腔體中清空所述傳導(dǎo)流體；以及第一 控制器(466)，其用于控制所述填充單元和所述清空單元。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述填充單元(462)和清空單元(464)由泵系統(tǒng)來 實現(xiàn)，所述泵系統(tǒng)連接到至少一個貯存液體的液體容器(468)中。
11.如前述權(quán)利要求8-10中任何一項所述的設(shè)備，還包括第二控制器(472)，其用于控 制測量與所述參考物體和感興趣物體關(guān)聯(lián)的信號以便校準所述系統(tǒng)的偏移的時刻。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述測量裝置包括一個或多個發(fā)生器線圈(412)，其設(shè)置用于通過提供激勵信號來產(chǎn)生初級磁場，該初級 磁場在待測量物體中感應(yīng)出渦流；和一個或多個傳感器線圈(414)，其設(shè)置用于檢測次級磁場以便產(chǎn)生相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)組， 該次級磁場作為所述渦流的結(jié)果而產(chǎn)生并且由一組測量數(shù)據(jù)表示。
13.—種成像系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求8-12中任何一項所述的設(shè)備(400)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于校準成像系統(tǒng)的偏移的方法和設(shè)備。本發(fā)明的核心思想在于將參考物體置于成像系統(tǒng)的測量室中；在不同時間點測量與參考物體關(guān)聯(lián)的信號；根據(jù)參數(shù)的變化計算評價函數(shù)，所述參數(shù)表示參考物體的電磁特性；導(dǎo)出使得評價函數(shù)的值最小的一組最優(yōu)偏移數(shù)據(jù)，以便在隨后的圖像重構(gòu)中補償系統(tǒng)的偏移。在一個實施例中，本發(fā)明使用了包括不傳導(dǎo)外殼和腔體的參考物體，傳導(dǎo)流體可以填充到該參考物體中，也可從該參考物體中清空，這樣，可以減少監(jiān)測期間由參考物體引起的成像干擾。
文檔編號G01V3/10GK101983341SQ200980108445
公開日2011年3月2日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月10日
發(fā)明者諶達宇, 閻銘 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司