用于利用单线圈磁感应断层成像评估健康状况的方法
【专利摘要】本发明提供了用于利用单线圈磁感应断层成像来评估个体健康状况的方法。可识别患者身上的用于医学成像的目标区域。可使用单个线圈获得多个线圈性质测量值。所述多个线圈性质测量可利用所述单个线圈在相对于所述目标区域的多个离散位置处执行。可处理所述线圈性质测量值以生成所述目标区域的电导率分布的图像。可分析所述图像以评估所述患者的健康状况。
【专利说明】
用于利用单线圈磁感应断层成像评估健康状况的方法
技术领域
[0001] 本公开大体涉及用于利用医学成像评估人体健康状况的方法，并且更具体地涉及 利用单线圈磁感应断层成像评估人体健康状况。
【背景技术】
[0002] 医学成像技术可用来评估患者的各种健康状况。医学成像技术可在成本和便携性 上从相对低廉的超声波向诸如计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)的更昂贵的方法广 泛地变化。CT和MRI成像系统的便携性是有限的，使得对于某些人群来说并且在某些情况下 难以获得这样的成像技术。虽然超声波技术是相对廉价和便携的，但当骨骼或气体遮挡感 兴趣的目标区域时，超声波的用途是有限的。
[0003]磁感应断层成像可用来使人体组织内的电磁性质分布(例如，电导率或电容率)成 像。更具体地讲，磁感应断层成像技术可基于由邻近组织放置的感应线圈在组织中感应的 涡电流提供对人体组织的电磁性质的低成本、无接触测量。用于磁感应断层成像的现有技 术通常涉及在样本附近放置大量线圈（例如，线圈阵列)和基于在标本附近放置的大量线圈 内的线圈对的测量互感构建图像。例如，源线圈的阵列和检测线圈的阵列可邻近标本放置。 源线圈中的一者或多者可利用射频能量激励，并且响应可在检测线圈处被测量。标本的电 导率分布(或电容率分布)可从检测线圈的响应确定。
【发明内容】
[0004] 本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从该描述了 解，或者可以通过实施例的实践了解。
[0005] 本公开的一个示例性方面涉及一种用于评估患者的健康状况的方法。该方法包括 识别患者身上的目标区域以用于医学成像和利用单个线圈获得目标区域的多个线圈性质 测量值。所述多个线圈性质测量利用单个线圈在相对于目标区域的多个离散位置处执行。 该方法还包括处理所述多个线圈性质测量值以生成目标区域的电导率分布的图像。该方法 还包括输出图像以评估患者的健康状况。
[0006] 可以对本公开的该示例性方面和其他方面做出变型和修改。
[0007] 参考下面的描述和所附的权利要求，各种实施例的这些和其他特征、方面和优点 将变得更好理解。被包括到该说明书中并组成其一部分的附图展示了本公开的实施例，并 且与该描述一起用来说明相关的原理。
【附图说明】
[0008] 提供给本领域的普通技术人员的实施例的详细讨论在说明书中阐述，说明书参考 了附图，在附图中：
[0009] 图1描绘了根据本公开的示例性实施例的用于评估患者的健康状况的示例性方法 的流程图；
[0010] 图2描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性的医疗检查台，其可用来利用单 个线圈在相对于目标区域的多个离散位置处执行多个线圈性质测量；
[0011] 图3描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性的非导电板，其可用来利用单个 线圈在相对于目标区域的多个离散位置处执行多个线圈性质测量；
[0012] 图4描绘了根据本公开的示例性实施例的多个重叠的非导电片，其可用来利用单 个线圈在相对于目标区域的多个离散位置处执行多个线圈性质测量；
[0013] 图5-6描绘了根据本公开的示例性实施例生成的电导率分布的示例性图像；
[0014] 图7描绘了根据本公开的示例性实施例的用于利用单个线圈进行磁感应断层成像 的示例性系统；
[0015] 图8描绘了根据本公开的示例性实施例的用于磁感应断层成像的示例性线圈；
[0016] 图9描绘了根据本公开的示例性实施例的用于磁感应断层成像的线圈的示例性连 接迹线；
[0017] 图10描绘了根据本公开的示例性实施例的与用于磁感应断层成像的线圈相关联 的示例性电路的框图；
[0018] 图11描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性方法的工艺流程图；
[0019] 图12和13描绘了根据本公开的示例性实施例的利用示例性线圈获得的线圈性质 测量值的实验结果；
[0020] 图14和15描绘了根据本公开的示例性实施例的针对模拟的电导率分布获得的线 圈性质测量值的实验结果。
【具体实施方式】
[0021] 现在将详细参照本发明的各种实施例，其一个或多个例子在下文示出。每个例子 都以解释而不是限制本发明的方式提供。事实上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不 背离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中做出各种修改和变化。例如，作为一个 实施例的一部分而说明或描述的特征，可以用于另一个实施例以产生又一个实施例。因此， 本发明旨在涵盖这样的修改和变化。
[0022] 概述
[0023] -般来讲，本公开的示例性方面涉及用于利用使用单个线圈进行的磁感应断层成 像来评估健康状况的方法。诸如CT扫描和MRI成像技术的现有医学成像技术可能是昂贵的， 并且对于某些人群(例如，农村人口或战场上的战士)来说可能难以获取。超声波成像技术 可提供对CT扫描和MRI成像技术的更廉价且更易得的（例如，便携的）替代形式。然而，超声 波技术的用途可能是有限的，例如当骨骼或气体遮挡感兴趣的目标区域时。
[0024] 磁感应断层成像可为患者的医学成像提供低成本的解决方案。由于由脂肪、骨骼、 肌肉和各种器官形成的自然对比，诸如电导率和电容率的电磁性质在生物医学组织中在空 间上变化。结果，使用磁感应断层成像技术获得的电导率或电容率分布可用来对身体的各 种区域成像，包括肺部和腹部区域、脑组织、脊柱和身体的其他区域，该区域可能难以或可 能不难使用诸如超声波的其他成像技术来成像。
[0025] 典型的现有磁感应断层成像系统使用多个线圈（例如，源线圈的阵列和检测线圈 的阵列)来生成电导率图。使用多个线圈增加了磁感应断层成像系统的复杂性，导致系统的 成本增加和便携性降低。这会导致磁感应断层成像系统的可得性降低，例如在农村地区。
[0026] 本公开的示例性方面涉及利用使用单个线圈进行的磁感应断层成像来评估人(或 其他生物实体)的健康状况的方法。更具体地讲，可识别患者身上的目标区域以进行医学成 像。目标区域可包括患者身上的任何合适的位置，例如，可以至少部分地被骨骼组织遮挡或 至少部分地被气体遮挡的位置。多个线圈性质测量值可以使用单个线圈在相对于目标区域 的多个不同的离散位置处针对目标区域获得。
[0027] 所述多个线圈性质测量可以利用单个线圈以多种方式执行。例如，在一个具体实 施形式中，患者可抵靠非导电板按压目标区域(例如，乳房）。设置在非导电板的另一侧上的 单个线圈可在相对于非导电板的多个离散位置处获得多个线圈性质测量值。作为另一示 例，在可选的附加的非导电支撑件帮助将患者的（多个）目标区域保持不动的同时，可能需 要患者以仰卧位或俯卧位躺到非导电台上。单个线圈可设置在患者下方的非导电台中的腔 体内。单个线圈可被定位(例如，由平移装置)和控制以在相对于目标区域的多个离散位置 处执行多个线圈性质测量。作为又一示例，所述多个线圈性质测量值可由医疗专业人员使 用包含单个线圈的手持装置获得。医疗专业人员可根据在患者上方的非导电片的一个或多 个层上提供的标记而将单个线圈相对于患者定位。
[0028]可从使用单个线圈获得的所述多个线圈性质测量值生成诸如三维电导率图或三 维电容率图的三维电磁性质图。更具体地讲，本发明人已发现一种模型，该模型限定使用单 个线圈获得的线圈损耗测量值与标本的电磁性质分布之间的关系。在一个具体实施形式 中，该模型为定量分析模型，描述了具有多个同心导电环的单个平面多环线圈的阻抗变化 的实部(例如，欧姆损耗），该变化由当用RF能量激励并且放置在具有任意的三维电导率分 布的任意形状的物体附近时感应的涡电流导致。
[0029] 利用该模型，可从使用单个线圈获得的所述多个线圈性质测量值为目标区域生成 三维电磁性质图。可从三维电磁性质图生成目标区域的一个或多个图像。例如，可生成目标 区域的电导率分布的图像。所述一个或多个图像可在输出装置上输出（例如，由打印机打 印、在显示装置上呈现等），以便由医疗专业人员检查。图像可由医疗专业人员分析以评估 患者的多种健康状况，例如，识别癌变组织、评估烧伤状况、评估外周动脉疾病和评估其他 健康状况。
[0030] 用于评估健康状况的示例性方法
[0031] 图1描绘了根据本公开的示例性实施例的用于利用单线圈磁感应断层成像技术评 估健康状况的示例性方法（100)的工艺流程图。图1描绘了以特定次序执行的步骤以用于说 明和讨论目的。利用本文提供的公开内容，本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本公开 的范围的情况下，本文所公开的方法中的任一者的步骤可以多种方式被修改、省略、重新安 排、调整或扩展。
[0032] 在（102)处，该方法包括识别患者的目标区域以用于医学成像。识别目标区域可包 括接收指令以用于对患者的特定区域或位置成像。虽然本公开将参照对患者的目标区域成 像进行讨论以用于示例目的，但本领域的普通技术人员利用本文提供的公开内容将理解， 本公开的方面适用于其他生物医学成像应用(例如，兽医成像应用）。
[0033] 目标区域可以是希望被成像的患者的任何合适部分。在特定的具体实施形式中， 目标区域可包括难以使用诸如超声波的其他成像技术成像的患者的部分。更具体地讲，目 标区域的至少一部分可被骨骼组织遮挡。例如，目标区域可包括在患者的颅骨下方的脑组 织或患者的椎骨下方的脊髓的一部分。作为另一示例，目标区域的至少一部分可由气体占 据。例如，目标区域可包括气管、肺、胃、肠、胰腺或患者的其他腹部区域中的一者或多者。
[0034]重新参见图1，在（104)处，可利用磁感应断层成像系统(例如，图7中的系统200)的 单个线圈获得多个线圈性质测量值。如本文所用，获得所述多个线圈性质测量值可包括:访 问存储在例如存储器中的线圈性质测量值;接收线圈性质测量值;和/或利用单个线圈实际 上执行线圈性质测量。线圈性质测量值可包括例如指示单个线圈的阻抗变化的线圈损耗测 量值，该变化由当单个线圈被放置在目标区域附近并用射频能量激励时在目标区域中感应 的涡电流导致。单个线圈可包括布置在印刷电路板上的一个或多个平面中的多个同心导电 环。
[0035]线圈性质测量可使用单个线圈在相对于目标区域的多个离散位置处针对目标区 域执行。定位数据可与每个线圈性质测量值相关联，以用于生成目标区域的图像。线圈性质 测量可以多种方式针对相对于患者的目标区域的多个离散位置来执行。
[0036] 例如，图2描绘了示例性的医疗检查台110,其可用来利用单个线圈在相对于目标 区域的多个离散位置处执行多个线圈性质测量。医疗检查台110可包括非导电的上表面 112。患者可被指导，以便以诸如俯卧位或仰卧位的多种体位中的一种躺在上表面112上。除 了可帮助固定和定位(多个）目标区域的任何其他非导电支撑结构之外，表面112有助于机 械地稳定患者的身体表面。医疗检查台110可包括设置在表面112下方的腔体114。线圈装置 120可位于腔体114内。线圈装置120可包括根据本公开的示例性方面构造的单个线圈125， 例如，图8中描绘的线圈300。参见图2,平移装置（图2中未示出）可被构造成在由箭头116和 118指示的方向上移动线圈装置120,以利用单个线圈125在相对于患者的目标区域的多个 离散位置处执行多个线圈性质测量。
[0037] 图3描绘了示例性的非导电板130,其用于利用单个线圈在相对于目标区域的多个 离散位置处执行多个线圈性质测量。更具体地讲，患者可被指导，以抵靠非导电板130的一 个表面按压目标区域132(例如，乳房）的至少一部分，或者非导电板130的表面可被成形，以 便以更舒适的方式适应和固定目标区域132(例如，乳房）。线圈装置120可设置在非导电表 面130的另一侧上。线圈装置120可包括根据本公开的示例性方面构造的单个线圈125,例 如，图8中描绘的线圈300。参见图2,平移装置(图2中未示出）可被构造成在由箭头134和136 指示的方向上移动线圈装置120,以利用单个线圈125在相对于患者的目标区域的多个离散 位置处执行多个线圈性质测量。
[0038] 根据本公开的其他示例性方面，所述多个线圈性质测量可由医疗专业人员使用手 持线圈装置手动执行，该装置具有根据本公开的示例性方面构造的单个线圈。需要获得准 确的定位数据以用于由医疗专业人员手动执行的线圈性质测量。下面将参照图7的示例性 磁感应断层成像系统200更详细地讨论用于获得准确的定位数据的示例性技术。
[0039] -种用于为每次线圈性质测量保持准确的定位信息的示例性技术包括在相对于 目标区域的多个预定位置处执行线圈性质测量。图4描绘了一种用于使用根据本公开的示 例性方面的手持线圈装置执行多个线圈性质测量的示例性技术。
[0040] 更具体地讲，具有已知厚度的一个或多个非导电片可覆盖在患者的目标区域上。 例如，第一非导电片150可放置在目标区域上方。如图所示，第一非导电片150包括多个标记 (例如，"Γ、"2"、"3"、"4"、"5"、"6"等），这些标记在执行每次线圈性质测量的位置方面指导 医疗专业人员。用于每次测量的定位信息可从标记的位置和非导电片150的深度或厚度来 确定。
[0041] 一旦医疗专业人员已执行了由在非导电片150上的标记指示的线圈性质测量，一 个或多个第二非导电片就可放置在第一非导电片150上方。例如，第二非导电片152和第二 非导电片154可放置在第一非导电片150上方。如图所示，第二非导电片152和第二非导电片 154可包括在执行线圈性质测量的位置方面指导医疗专业人员的多个标记(例如，"7"、"8"、 "9"、"10"）。
[0042] 一旦医疗专业人员已执行了由在第二非导电片152和154上的标记指示的线圈性 质测量，一个或多个第三非导电片就可放置在第二非导电片152和154上方。例如，第三非导 电片156可放置在第二非导电片152和154上方。如图所不，第三非导电片156可包括在执行 线圈性质测量的位置方面指导医疗专业人员的多个标记(例如，"11"、"12"）。可为所需要的 多次线圈性质测量重复该过程，以利用单个线圈在相对于目标区域的多个离散位置处执行 多个线圈性质测量。
[0043] 上述示例参照多个非导电片进行讨论以用于说明和讨论目的。利用本文提供的公 开内容，本领域的普通技术人员将理解，上述技术可使用单个或多个非导电片来实现。例 如，图4的标记T-"12"可位于单个非导电片上。
[0044] 重新参见图1，在（106)处，方法（100)包括处理线圈性质测量值以生成目标区域的 图像。例如，限定由单个线圈获得的线圈性质测量值与目标区域的电导率分布之间的关系 的模型可被访问。可使用该模型至少部分地基于所述多个线圈性质测量值来生成目标的三 维电导率图。可从三维电导率图生成目标区域的电导率分布的一个或多个图像。下面将参 照图11更详细地讨论一种用于处理所述多个线圈性质测量值以生成目标区域的电导率分 布的图像的示例性方法。
[0045] 参见图1，在（108)处，该方法包括输出目标区域的图像以用于评估健康状况。例 如，图像可在打印装置上打印在合适的有形介质上，以供医疗专业人员检查和分析。作为另 一示例，图像可呈现在显示装置上，以供医疗专业人员检查和分析。
[0046] 图5描绘了根据本公开的示例性实施例的可使用单个线圈从多个线圈性质测量值 生成的目标区域的电导率分布的一个示例性图像180。图像180提供了横切并露出椎管的患 者的脊柱的横断图。图像180绘制了沿着以厘米为单位的X轴、y轴和ζ轴的电导率分布的图 线。图像180包括标度182,其指示与单位为S/m的电导率的变化的程度相关联的灰度色彩。 如图所示，图像180示出了在脊柱区域中的人体组织的区域的对比的电导率。
[0047] 图6描绘了根据本公开的示例性实施例的可使用单个线圈从多个线圈性质测量值 生成的另一个示例性图像190。图像190提供了平行于脊柱且从脊柱错开的患者的脊柱区域 的矢状图，示出了肋骨或椎骨横突。图像180绘制了沿着以厘米为单位的X轴、y轴和ζ轴的电 导率分布的图线。图像190包括标度192,其指示与单位为S/m的目标区域的电导率的变化的 程度相关联的灰度色彩。如图所示，图像190示出了在脊柱区域中的人体组织的区域的对比 电导率，并可提供患者的脊柱区域的图像。该切片横切并露出与肋骨到椎骨的横突的连接 相关联的结构。图像180和190与其他图像一起可提供患者的脊柱区域的不同图像，以用于 评估健康状况和其他目的。
[0048] 用于利用单线圈磁感应断层成像技术评估健康状况的一种示例性应用可包括利 用根据本公开的示例性方面生成的图像来识别目标区域中的癌变组织。更具体地讲，已知 癌变组织由于血管新生而可能显示具有升高的电导率。目标区域的电导率分布的图像可能 特别可用于识别诸如胰腺的内部器官中的癌变组织。乳腺组织中的癌的识别可能是单线圈 磁感应断层成像的特别合适的应用，因为乳房内的脂肪组织可显示具有很低的电导率。乳 房中的癌变组织可能比脂肪组织显著地更导电，并且可能在组织的电导率分布的图像中引 人注目。
[0049] 用于利用单线圈磁感应断层成像技术评估健康状况的另一种示例性应用可包括 利用根据本公开的示例性方面生成的图像来评估患者的烧伤状况。根据烧伤的严重性水 平，烧伤可被分类为一级、二级、三级和四级。一级烧伤通常仅包括皮肤的外层，而更严重的 三级烧伤实际上可烧掉皮肤。四级烧伤可移除直至骨骼的组织。对于所有烧伤来说，在皮肤 和下面的组织的物理性质中存在一些变化。例如，可存在毁坏的脂肪层、积液、血流改变等。 烧伤也可基于受伤机制(例如，温度、持续时间、位置等)而显示具有不同的特性。作为示例， 晒伤可能是大范围的，但不太深，而电烧伤可能大多数出现在皮肤下方。
[0050] 根据本公开的示例性方面生成的目标区域的图像可在早期（可能在运输期间）用 于治疗烧伤，以识别烧伤的严重性、类型和深度，从而确保得到正确的治疗。更具体地讲，图 像可被分析以通过识别深度烧伤的凹坑或通过识别皮肤下方的不可见损伤的间隙来识别 皮肤的物理性质中的变化。积液、血流损失、结疤组织、缺失组织等也可从目标区域的电导 率分布的图像识别。
[0051] 用于利用单线圈磁感应断层成像技术评估健康状况的另一种示例性应用可包括 利用根据本公开的示例性方面生成的图像来评估外周动脉疾病的存在性。由于小血管的绝 缘性质，组织电导率已显示为当血管扩张时减小并且当血管收缩时增加。根据本公开的方 面，可结合有意地引起目标区域中的血管的扩张或收缩而生成目标区域的电导率分布的图 像。图像可被分析以反映脉管系统的回弹性。例如，当手臂或腿部抬高较短的时间时，具有 正常血压的健康人体可显示具有约〇.5S/m的电导率增加。不显示具有这样的增加的个体可 表现出血管硬化的病征。
[0052] 单线圈磁感应断层成像的上述示例性应用为说明和讨论目的而提供。利用本文提 供的公开内容，本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，根据本公 开的示例性方面的单线圈磁感应断层成像可用来评估患者的多种健康状况。
[0053] 用于磁感应断层成像的示例性系统
[0054]图7描绘了用于诸如人体组织标本的标本210的磁感应断层成像的示例性系统 200。系统200包括根据本公开的示例性方面的具有单个线圈225的线圈装置220,以用于为 磁感应断层成像获得线圈性质测量值。线圈225可以是单个线圈，其具有设置在印刷电路板 上的一个或多个平面中的多个同心导电环。下面将参照图8和图9更详细地讨论根据本公开 的示例性方面的用于磁感应断层成像的一种示例性线圈设计。
[0055]图7的线圈装置220可包括RF能量源(例如，振荡器电路），其被构造成当线圈225邻 近标本210放置时利用在设定频率(例如，12.5MHz)下的RF能量激励线圈225。激励的线圈 225可生成磁场，这可在标本210中感应涡电流。标本中的这些感应的涡电流可引起线圈225 的线圈损耗(例如，阻抗变化）。线圈装置220可包括电路(例如，测量电路），以用于确定在相 对于标本210的特定位置处的线圈性质测量期间与线圈225相关联的线圈损耗。
[0056]在线圈装置220被定位在相对于标本210的多种不同位置和取向的同时，线圈性质 测量值可利用线圈装置220的单个线圈225获得。收集的线圈性质测量值可提供至计算系统 240，在那里，线圈性质测量值可被分析以生成标本210的三维电磁性质图，例如，标本210的 三维电导率图或三维电容率图。
[0057] 在一些特定的具体实施形式中，线圈装置220可安装到平移装置230。平移装置230 可以是机械手装置，其例如由计算系统240或其他合适的控制装置控制以使线圈装置220沿 着X轴、y轴和z轴相对于标本210平移，以便将线圈225定位在相对于标本210的多个不同的 离散位置处。线圈装置220可被控制（例如，由计算系统240)，以利用线圈225获得在所述多 个离散位置中的每一个处的线圈性质测量值。
[0058] 备选地，线圈装置220可被手动地定位在所述多个离散位置处，以执行线圈性质测 量。例如，医疗专业人员可将手持线圈装置220相对于标本210手动地定位，以在相对于标本 210的多个离散位置处获得线圈性质测量值。
[0059] 为了生成标本210的准确的三维电磁性质图，需要将定位数据与所获得的线圈性 质测量值中的每一个相关联。定位数据可指示线圈225的定位(例如，如由X轴、y轴和z轴限 定的相对于标本210的）以及线圈225的取向（例如，相对于标本210的倾角）。当使用平移装 置230定位线圈225时，可至少部分地基于定位控制命令来确定线圈225的定位和取向，该命 令控制平移装置230以定位在所述多个离散位置处。
[0060] 在本公开的一个实施例中，由定位在标本210和线圈装置220上方的摄像机235捕 获的图像可结合来自与线圈装置220相关联的多种传感器的信号被处理，以确定用于每次 线圈性质测量的定位数据。更具体地讲，线圈装置220可包括一个或多个运动传感器226(例 如，三轴加速计、陀螺仪和/或其他运动传感器)和深度传感器228。单个线圈225相对于表面 的取向可使用来自运动传感器226的信号来确定。例如，来自三轴加速计的信号可用来确定 在线圈性质测量期间单个线圈225的取向。
[0061] 深度传感器228可用来确定从单个线圈到标本210的距离(例如，沿着z轴的定位）。 深度传感器228可包括构造成确定线圈225相对于表面的位置的一个或多个装置。例如，深 度传感器228可包括一个或多个激光传感器装置和/或声学位置传感器。在另一个具体实施 形式中，深度传感器228可包括构造成捕获标本210的图像的一个或多个摄像机。图像可被 处理以使用例如运动推断结构技术确定到标本210的深度。
[0062]由摄像机235捕获的图像可用来确定线圈225沿着X轴和y轴的定位。更具体地讲， 线圈装置220也可包括位于线圈装置220的表面上的图形。当所述多个线圈性质测量被执行 时，图像捕获装置235可捕获图形的图像。图像可提供至计算系统240,计算系统240可基于 图形的位置处理图像以确定沿着X轴和y轴的相对于标本210的定位。在特定的具体实施形 式中，摄像机235可包括远心镜头以减小由视差效应导致的误差。
[0063]计算系统240可将线圈性质测量值与线圈位置和取向数据一起接收，并可处理数 据以生成标本210的三维电磁性质图。计算系统240可包括一个或多个计算装置，例如，台式 计算机、膝上型计算机、服务器、移动装置、带有一个或多个处理器的显示器、或具有一个或 多个处理器和一个或多个存储装置的其他合适的计算装置中的一者或多者。计算系统240 可使用一个或多个联网的计算机(例如，在集群或其他分布式计算系统中）实现。例如，计算 系统240可与一个或多个远程装置260通信(例如，在有线或无线连接或网络上）。
[0064] 计算系统240包括一个或多个处理器242和一个或多个存储装置244。所述一个或 多个处理器242可包括任何合适的处理装置，例如，微处理器、微控制器、集成电路或其他合 适的处理装置。存储装置244可包括一个或多个类别的有形的非暂时性计算机可读介质的 单个或多个部分，包括但不限于RAM、R0M、硬盘驱动器、闪速驱动器、光学介质、磁介质或其 他存储装置。计算系统240还可包括一个或多个输入装置262(例如，键盘、鼠标、触摸屏、触 摸板、麦克风等)和一个或多个输出装置264(例如，显示器、扬声器等）。
[0065]存储装置244可存储指令246,指令246在由所述一个或多个处理器242执行时造成 所述一个或多个处理器242执行运算。计算装置240可适于充当专用机器，其通过访问指令 246来提供所需的功能。指令246可在硬件中或软件中实现。当使用软件时，可以使用任何合 适的编程语言、脚本语言或其他类型的语言或语言的组合来实现本文所含的教导。
[0066] 如图所示，存储装置244可存储指令246,指令246在由所述一个或多个处理器242 执行时造成所述一个或多个处理器242实现磁感应断层成像（"MIT"）模块248 JIT模块248 可被构造成实现本文所公开的用于利用单个线圈进行的磁感应断层成像的方法中的一者 或多者，例如，图11中公开的方法。
[0067]图7的所述一个或多个存储装置244也可存储数据，例如，线圈性质测量值、定位数 据、三维电磁性质图和其他数据。如图所示，所述一个或多个存储装置244可存储与分析模 型250相关联的数据。分析模型250可限定由单个线圈获得的线圈性质测量值与标本210的 电磁性质分布之间的关系。下面将更详细地讨论示例性分析模型的特征。
[0068] MIT模块248可被构造成接收来自输入装置262、来自线圈装置220、来自平移装置 230、来自存储在所述一个或多个存储装置244中的数据或其他来源的输入数据。MIT模块 248可接着根据所公开的方法分析这样的数据，并且将诸如三维电磁性质图的可用输出经 由输出装置264提供给使用者。分析可备选地由一个或多个远程装置260实现。
[0069] 本文所讨论的技术引用了计算系统、服务器、数据库、软件应用程序和其他基于计 算机的系统以及所采取的动作和发送至和来自这样的系统的信息。利用本文提供的公开内 容，本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有的灵活性使在部件之间的 任务和功能的各种各样的可能的构型、组合和分割成为可能。例如，本文所讨论的过程可以 使用单个计算装置或组合地工作的多个计算装置来实现。数据库和应用程序可以在单个系 统上实现或分布在多个系统中。分布式部件可以顺序地或并行地操作。
[0070] 用于单个线圈的示例性定量分析模型
[0071] 现在将阐述一种用于从由单个线圈获得的多个线圈性质测量值获得三维电导率 图的示例性定量分析模型。定量模型开发用于任意电导率分布，但将电容率和磁导率视为 空间上均匀的。定量分析模型开发用于包括多个同心圆环的线圈几何形状，所有圆环位于 公共平面内且串联连接，其中瞬态电流被认为在沿着环的所有点处具有相同值。电导率分 布被允许在空间上任意变化，同时寻求具有小电导率（<l〇S/m)的限制的电场的解。假设保 持无电荷状态，由此电场被视为具有零散度。在这些条件下，场仅取决于外部电流和涡电 流。
[0072] 定量分析模型可将线圈的阻抗的实部（例如，欧姆损耗）中的变化与各种参数关 联，这些参数包括标本的电导率分布、单个线圈相对于标本的定位和取向、线圈几何形状 (例如，所述多个同心导电环中的每一个的半径)和其他参数。下面提供了一个示例性模型：
[0073]
[0074] ,为线圈性质测量值(例如，线圈的阻抗损耗的实部）^为自由空间中的磁导 率。ω为线圈的激励频率。p k和巧为每个相互作用的环对j，k的每个导电环j和k的半径。函数 QV2已知为环函数或环面调和函数，其具有自变量&和％，如此处所示：
[0075]
[0076]
[0077] 参照置于同心环的中心处使得环均位于XY平面内的坐标系，P衡量从线圈轴线到 标本内的点的径向距离，而ζ衡量从线圈平面到标本内的相同点的距离。
[0078] 该模型引入作为定位函数的电导率分可使用有限元网格(例如，具有四面 体元素)评价，以生成多个线圈性质测量值的电导率分布，如下文将更详细地讨论的。
[0079] 用于磁感应断层成像的示例性线圈装置
[0080]如上所述，发明人已开发出定量分析模型，该模型限定由具有串联连接的多个同 心导电环的单个线圈获得的多个线圈性质测量值与标本的电导率分布之间的关系。现在将 阐述逼近由示例性定量模型构思的线圈的示例性线圈设计。
[0081] 根据本公开的示例性方面的线圈可包括布置在多层印刷电路板上的两个平面中 的多个同心导电环。所述多个同心导电环可包括位于第一平面内的多个第一同心导电环和 位于第二平面中的多个第二同心导电环。第二平面可与第一平面间隔开平面分隔距离。平 面分隔距离可选择成使得线圈逼近在本文所公开的用于磁感应断层成像的示例性定量分 析模型中构思的单平面线圈。
[0082] 此外，所述多个导电环可使用多条连接迹线串联连接。所述多条连接迹线可布置 成使得由连接迹线生成的对场的贡献可减小。这样，根据本公开的示例性方面的线圈可表 现出逼近彼此同心布置且位于相同的平面中的多个圆环的行为。
[0083] 图8描绘了根据本公开的示例性方面的用于磁感应断层成像的示例性线圈300。如 图所示，线圈300包括十个同心导电环。更具体地讲，线圈300包括设置在第一平面中的五个 第一同心导电环310和设置在第二平面中的五个第二同心导电环320。第一同心导电环310 和第二同心导电环320可以是在多层印刷电路板上的Imm或0.5mm的铜迹线。在一个示例性 具体实施形式中，在任一平面中的五个同心导电环的半径分别设定为约4mm、8mm、12mm、 16mm和20mm。在不脱离本公开的范围的情况下，可使用其他合适的尺寸和间距。
[0084] 如图所示，所述多个第一同心导电环310中的每一个设置成使得它与所述多个第 二同心导电环320中的一个重叠。此外，第一同心导电环310和第二同心导电环320可间隔平 面分隔距离315。平面分隔距离315可选择成使得线圈300逼近由定量分析模型构思的同心 环的单个平面。例如，平面分隔距离可以在约〇. 2mm至约0.7mm的范围内，例如约0.5mm。
[0085] 所述多个第一导电环310可包括第一最内导电环314。所述第一最内导电环314可 联接到RF能量源。所述多个第二导电环320可包括第二最内导电环324。所述第二最内导电 环324可联接到基准节点(例如，接地节点或公共节点）。
[0086]线圈300还包括多条连接迹线330,其用来串联连接第一同心导电环310和第二同 心导电环320。更具体地讲，连接迹线330将所述多个第一同心导电环310彼此串联联接，并 且可将所述多个第二同心导电环320彼此串联联接。连接迹线330也可包括连接迹线235,其 将最外第一同心导电环312与最外第二同心导电环314串联联接。
[0087]如在图9中更详细地所示，连接迹线330可布置成使得源自连接迹线的场彼此相 反。更具体地讲，连接迹线330可径向对齐，使得位于第一平面中的所述多条连接迹线中的 一条的电流流动与位于第二平面中的所述多条连接迹线中的一条的电流流动相反。例如， 参见图9,布置在第一平面中的连接迹线332可与布置在第二平面中的连接迹线334几乎径 向对齐。在连接迹线332中流动的电流可与在连接迹线234中流动的电流相反，使得由连接 迹线332和334生成的场彼此相反或抵消。
[0088] 如图9中进一步所示，所述多个第一导电环210和第二导电环320中的每一个可包 括间隙340,以有利于使用连接迹线330连接导电环。每个间隙可以在约0.2mm至约0.7mm的 范围内，例如约〇.5mm。
[0089] 间隙340可彼此错开以有利于串联连接所述多个同心导电环310和320。例如，与所 述多个第一同心导电环310中的一个相关联的间隙可从与所述多个第一同心导电环310中 的另一个相关联的间隙错开。类似地，与所述多个第二同心导电环320中的一个相关联的间 隙可从与所述多个第二同心导电环320中的另一个相关联的间隙错开。与第一同心导电环 310中的一个相关联的间隙也可从与所述多个第二同心导电环320中的一个相关联的间隙 错开。错开的间隙可以不沿着与线圈300相关联的相同轴线。
[0090] 如在以下实验结果中所示，图8和图9的线圈300可提供由用于磁感应断层成像的 定量分析模型构思的线圈的充分逼近。这样，使用线圈300进行的线圈性质测量可用来生成 感兴趣的标本的三维电磁性质图（例如，人体组织标本）。
[0091] 用于获得线圈性质测量值的示例性电路
[0092] 图10描绘了可用来使用图8和图9的线圈300获得线圈性质测量值的示例性电路 400的示意图。如图所示，图10的电路400包括RF能量源410 (例如，振荡器电路），其被构造成 利用RF能量激励线圈300 AF能量源410可以是固定频率晶体振荡器，其被构造成将固定频 率的RF能量施加到线圈300。固定频率可以是例如约12.5MHz。在一个示例性实施例中，RF能 量源410可联接到线圈300的所述多个第一同心导电环的最内同心导电环。线圈300的所述 多个第二同心导电环的最内同心导电环可联接到基准节点(例如，公共或接地）。
[0093] 电路400可包括一个或多个处理器420,以控制电路400的各个方面并且处理由电 路400获得的信息（例如，由测量电路430获得的信息）。所述一个或多个处理器420可包括任 何合适的处理装置，例如，数字信号处理器、微处理器、微控制器、集成电路或其他合适的处 理装置。
[0094]所述一个或多个处理器420可被构造成控制电路400的各种部件，以便使用线圈 300捕获线圈损耗测量值。例如，所述一个或多个处理器420可控制与线圈300并联联接的变 抗器415,以便当线圈300被定位成邻近用于线圈性质测量的标本时驱动线圈300至共振或 近共振。所述一个或多个处理器420也可控制测量电路430,以便当线圈300被定位成邻近标 本时获得线圈性质测量值。
[0095]测量电路430可被构造成利用线圈300获得线圈性质测量值。线圈性质测量值可指 示由标本中感应的涡电流导致的线圈300的线圈损耗。在一个具体实施形式中，测量电路 430可被构造成测量线圈300的导纳变化的实部。线圈300的导纳变化的实部可被转换为作 为导纳的倒数的线圈300的阻抗变化的实部，以用于分析模型。
[0096]线圈300的导纳可以多种方式测量。在一个实施例中，测量电路430使用相移测量 电路432和电压增益测量电路434来测量导纳。例如，测量电路430可包括得自Analog Devices的AD8302相位和增益检测器。相移测量电路432可测量在与线圈300相关联的电流 和电压之间的相移。电压增益测量电路434可测量在线圈300上的电压与和线圈300串联联 接的传感电阻器的电压之间的比率。线圈300的导纳可基于由测量电路430获得的线圈300 的相位和增益而得出（例如，由所述一个或多个处理器420)。
[0097] 一旦获得线圈性质测量值，所述一个或多个处理器420即可将线圈性质测量值存 储在例如存储装置中。所述一个或多个处理器420也可使用通信装置440将线圈性质测量值 通信至一个或多个远程装置以用于处理，从而生成标本的三维电磁性质图。通信装置440可 包括任何合适的接口或装置，以用于通过有线或无线的连接和/或网络将信息通信至远程 装置。
[0098] 用于磁感应断层成像的示例性方法
[0099] 图11描绘了根据本公开的示例性方面的用于磁感应断层成像的示例性方法(500) 的工艺流程图。方法(500)可由一个或多个计算装置实现，例如图7中描绘的计算系统240的 一个或多个计算装置。此外，图11描绘了以特定次序执行的步骤以用于说明和讨论目的。利 用本文提供的公开内容，本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下， 本文所公开的方法中的任一者的步骤可以多种方式被修改、省略、重新安排、调整或扩展。
[0100] 在(502)处，该方法可包括访问利用单个线圈在相对于标本的多个不同的离散位 置处执行的多个线圈性质测量值。例如，所述多个线圈性质测量值可从存储装置访问，或可 接收自具有构造用于获得线圈性质测量值的单个线圈的线圈装置。线圈性质测量值可以是 当单个线圈被用RF能量激励并且邻近标本放置在所述多个离散位置中的一个处时由单个 线圈捕获的线圈损耗测量值。
[0101]在一个具体实施形式中，单个线圈可包括多个同心导电环。例如，单个线圈可具有 布置在第一平面中的多个第一同心导电环和布置在第二平面中的多个第二同心导电环。所 述多个同心导电环可使用连接迹线连接，该连接迹线布置成具有对由线圈形成的场减小的 影响。例如，单个线圈可具有图8和图9中描绘的线圈300的线圈几何形状。
[0102] 线圈性质测量可在相对于标本的多个离散的定位处执行。每个线圈性质测量值可 在相对于标本的不同的离散定位处获取。较大数目的线圈性质测量值可导致在从线圈性质 测量值生成三维电磁性质图的过程中增加的准确度。
[0103] 在特定实施例中，线圈性质测量值可包括线圈性质测量值的多个不同的数据集。 数据集中的每一个可通过使用单个线圈进行多个线圈性质测量来构建。单个线圈对于每个 数据集可以是不同的。例如，每个数据集可与相对于与其他数据集相关联的其他单个线圈 中的任一个具有不同的总体尺寸和/或外径的单个线圈相关联。数据集可在不同的时间获 得。数据集可根据本公开的示例性方面被共同地处理，以生成如下文讨论的标本的三维电 性质分布。
[0104] 在图11的（504)处，该方法包括将定位数据与所述多个线圈性质测量值中的每一 个相关联。用于每次线圈性质测量的定位数据可指示当线圈性质测量被执行时单个线圈相 对于标本的定位和取向。定位数据可在例如计算系统的存储装置中与每个线圈性质测量值 相关联。
[0105] 定位数据可以多种方式获得。在一个具体实施形式中，可从与平移装置相关联的 数据获得用于每次测量的定位数据，该平移装置用来将单个线圈相对于标本定位在相对于 标本的多个离散位置处。例如，平移装置可被控制以将单个线圈定位在相对于标本的多个 限定的位置处。定位数据可从这些限定的位置确定。
[0106] 来自与单个线圈相关联的一个或多个传感器(例如，一个或多个运动传感器和一 个或多个深度传感器)的信号也可用来确定用于线圈性质测量的定位数据。当所述多个线 圈性质测量被执行时，也可捕获包含单个线圈的线圈装置的图像。单个线圈的定位可例如 基于图像中描绘的线圈装置的表面上的图形的定位来确定。
[0107] 在(506)处，该方法包括访问分析模型，该模型限定由单个线圈获得的线圈性质测 量值与标本的电磁性质之间的关系。例如，分析模型可例如从存储装置访问。在一个特定的 具体实施形式中，分析模型将具有多个同心导电环的单个线圈的阻抗变化与标本的电导率 分布关联。更具体地讲，分析模型可将单个线圈的阻抗变化与多种参数关联。该参数可包括 标本的电导率分布、与每个线圈损耗测量值相关联的定位和取向、以及线圈的几何形状(例 如，同心导电环中的每一个的半径）。
[0108] 在(508)处，该方法包括基于所述多个线圈性质测量值和相关联的定位数据来评 价分析模型。更具体地讲，可使用模型执行反演以确定最接近地导致所述多个线圈性质测 量值的电导率分布。在一个示例性方面中，反演可通过将标本离散化到有限元网格中来执 行。有限元网格可包括多个多边形元素，例如四面体元素。有限元网格的形状和分辨率可针 对被分析的标本被定制。就实用性而言，线圈位置数据可用来避免将由线圈经过的空间的 那些区域网格化，从而提高了效率。一旦为标本生成了有限元网格，就可使用非线性或有约 束的最小二乘求解程序来计算用于有限元网格的电导率分布。
[0109] 更具体地讲，可为有限元网格计算多个候选的电磁性质分布。这些候选的电磁性 质分布中的每一个可使用诸如均方根误差的成本函数来评价。成本函数可至少部分地基于 在所获得的线圈性质测量值与使用模型的理论线圈性质测量值之间的差值将成本分配给 每个候选的电磁性质分布。具有最低成本的候选的电磁性质分布可被选择为标本的电磁性 质分布。利用本文提供的公开内容，本领域的普通技术人员应理解，在不脱离本公开的范围 的情况下，其他合适的技术可用来使用分析模型确定电磁性质分布。
[0110] 在(510)处，可基于使用反演算法识别的电磁性质分布来生成三维电磁性质图。三 维性质图可为与标本相关联的多个三维点提供电磁性质分布(例如，电导率分布）。沿着三 维电磁性质图的横截面的二维视图可接着被捕获和呈现在例如显示装置上。电磁性质图的 三维视图也可被生成、旋转和呈现在例如显示装置上。
[0111] 实验结果#1
[0112] 具有图8和图9中描绘的线圈300的线圈几何形状的两个线圈被构造。线圈"R"具有 Imm的迹线宽度。线圈"S"具有0.5mm的迹线宽度。每个迹线利用2盎司铜构造。线圈"R"上的 迹线具有〇.68mm的等价圆形丝直径(在具有相同的参数的意义上等价）。线圈"S"上的迹线 具有0.36mm的等价圆形丝直径。
[0113]线圈被定位在相对于标本的多个离散位置处，包括具有已知电导率的KCl水溶液 的30cmX 30cm X 13cm深水箱。相对于自由空间的导纳变化被测量，然后用来计算损耗。然后 将损耗与使用上文讨论的定量分析模型计算的理论损耗相比较。
[0114]图12描绘了线圈"R"的理论损耗与观测损耗的比较。图12绘制了沿着横坐标的自 标本的深度或标本上方的距离和沿着纵坐标的线圈损耗的图线。曲线602描绘了线圈"R"的 观测损耗。曲线604描绘了 13cm厚的无限板的理论损耗。曲线606描绘了有限板的理论损耗。 [0115]图13描绘了线圈"S"的理论损耗与观测损耗的比较。图10绘制了沿着横坐标的自 标本的深度或标本上方的距离和沿着纵坐标的线圈损耗的图线。曲线612描绘了线圈"S"的 观测损耗。曲线614描绘了 13cm厚的无限板的理论损耗。曲线616描绘了有限板的理论损耗。
[0116] 如图12和图13所示，使用图8和图9的线圈300的线圈几何形状获得的线圈性质测 量值紧密地追踪使用本文所公开的示例性定量分析模型获得的理论欧姆损耗。因此，图8和 图9的线圈300可有效地用于使用根据本公开的示例性方面的单个线圈的磁感应断层成像。
[0117] 实验结果#2
[0118] 为了测试根据本公开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厚度的板的标本被细分为两层。为标本生成有限元网格，其由380个五面体 元素和342个节点组成。电导率被分布在网格节点上，这些节点的电导率从拐角附近的 1.0 S/m到中心附近的3. OS/m变化。图13示出了根据下式为标本限定的理论电导率分布620:
[0119]
[0120] 使用单个线圈在九个离散的线圈定位处模拟九个虚拟线圈性质测量值。至少部分 地基于九个线圈性质测量值使用定量分析模型执行反演。图14描绘了使用反演确定的最终 的三维电导率图630。如图所示，三维电导率图630逼近真实电导率分布620,并且仅使用由 单个线圈在相对于标本的离散定位处获得的九个线圈性质测量值来确定。
[0121 ]虽然本发明已经就其具体实施例进行了详细描述，但是将领会的是，本领域技术 人员在获得前述内容的理解后可以容易地设想出这些实施例的替代形式、变型形式和等同 方案。因此，本公开的范围以举例方式而不是以限制方式提供，并且本主题公开不排除包括 对本主题的此类修改形式、变型形式和/或添加，如对于本领域的普通技术人员将显而易见 的。
【主权项】
1. 一种用于评估患者的健康状况的方法，所述方法包括： 识别患者身上的目标区域以用于医学成像； 利用单个线圈获得所述目标区域的多个线圈性质测量值，所述多个线圈性质测量利用 所述单个线圈在相对于所述目标区域的多个离散位置处执行； 处理所述多个线圈性质测量值以生成所述目标区域的电导率分布的图像；以及 输出所述图像以评估所述患者的健康状况。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述线圈性质测量值包括指示所述单个线圈的阻 抗变化的线圈损耗测量值，所述变化由当所述单个线圈被放置在所述目标区域附近并且用 射频能量激励时在所述目标区域中感应的涡电流导致。3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述目标区域的至少一部分被骨骼组织遮挡。4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述目标区域包括脑或脊柱的至少一部分。5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述目标区域在至少部分地由气体占据的位置处。6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述目标区域包括气管、肺、胃或肠中的一者或多 者。7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括使用所述图像来识别癌变组织。8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述目标区域包括乳房或胰腺。9. 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括使用所述图像来评估所述患者的 烧伤状况。10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述多个线圈性质测量值使用手持线圈装置获 得，所述手持线圈装置包括所述单个线圈。11. 根据权利要求10所述的方法，其中在所述单个线圈被放置在覆盖标本的一个或多 个非导电片上的同时，获得所述多个线圈性质测量值，所述非导电片具有指示所述离散位 置中的一者或多者的标记。12. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述目标区域被压靠到绝缘板的同时，获得所 述多个线圈性质测量值，所述单个线圈被定位在所述绝缘板的另一侧上的所述多个离散位 置处。13. 根据权利要求1所述的方法，其中所述非导电板的形状适于适应所述目标区域以有 利于固定所述目标区域。14. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述患者被定位在具有非导电表面的台上的同 时，获得所述多个线圈性质测量值，所述单个线圈设置在位于所述台中的腔体内。15. 根据权利要求1所述的方法，其中所述台包括一个或多个非导电支撑件以有利于固 定所述目标区域。16. -种用于评估患者的健康状况的方法，所述方法包括： 识别患者身上的目标区域以用于医学成像； 利用磁感应断层成像系统的单个线圈获得所述目标区域的多个线圈性质测量值，所述 多个线圈损耗测量利用所述单个线圈在相对于所述目标区域的多个离散位置处执行，所述 单个线圈包括布置在印刷电路板上的一个或多个平面中的一个或多个同心导电环； 访问限定由所述单个线圈获得的线圈性质测量值与所述目标区域的电导率分布之间 的关系的模型；以及 基于所述模型从所述多个线圈性质测量值生成所述目标区域的所述电导率分布的图 像；以及 输出所述图像以评估所述患者的健康状况。17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述多个线圈性质测量值使用手持线圈装置获 得，所述手持线圈装置包括所述单个线圈。18. 根据权利要求17所述的方法，其中在所述单个线圈被放置在覆盖所述标本的一个 或多个非导电片上的同时，获得所述多个线圈性质测量值，所述非导电片具有指示所述离 散位置中的一者或多者的标记。19. 根据权利要求16所述的方法，其中在所述目标区域被压靠到绝缘板的同时，获得所 述多个线圈性质测量值，所述单个线圈被定位在所述绝缘板的另一侧上的所述多个离散位 置处。20. 根据权利要求16所述的方法，其中在所述患者被定位在具有非导电表面的台上的 同时，获得所述多个线圈性质测量值，所述单个线圈设置在位于所述台中的腔体内。
【文档编号】A61B5/055GK105979865SQ201480075267
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年7月16日
【发明人】J·R·费尔德坎普, S·J·沙利文
【申请人】金伯利-克拉克环球有限公司