用于磁感应断层成像的线圈的制作方法

用于磁感应断层成像的线圈的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种有利于使用单个线圈对诸如人体组织标本的标本进行磁感应断层成像的线圈。所述线圈包括多个同心导电圆环。所述同心导电环可与连接迹线串联连接，而不让所述连接迹线使所述多个同心导电圆环产生的场失真。所述多个同心导电环可布置在多个平面中(例如，在多层印刷电路板上)作为双层叠堆。所述平面之间的间距或平面分隔距离可被选择成使得在数学上所述多个导电环可被处理成位于共同平面中，以用于磁感应断层成像所用的定量分析模型的目的。
【专利说明】
用于磁感应断层成像的线圈
技术领域
[0001] 本公开整体涉及磁感应断层成像领域，并且更具体地讲，涉及用于磁感应断层成 像的线圈。
【背景技术】
[0002] 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因邻近组织放置的感应线圈而在组织中感应 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。
[0003] 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 性质在人体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低成本生物医学成像技术来成像。这样，磁 感应断层成像可用于例如伤口、溃疡、脑外伤和其他异常组织状态的生物医学成像。
[0004] 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】

[0005] 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。
[0006] 本公开的一个示例性方面涉及一种用于人体组织的磁感应断层成像的线圈。该线 圈包括位于第一平面内的多个第一同心导电环。所述多个第一同心导电环串联连接。该线 圈还包括位于第二平面内的多个第二同心导电环。第二平面与第一平面间隔开平面分隔距 离。所述多个第二同心导电环串联连接。所述多个第一同心导电环与所述多个第二同心环 串联连接。所述多个第一同心导电环和所述多个第二同心导电环被设置成使得所述多个第 一同心导电环中的每一个与所述多个第二同心导电环中的一个重叠。
[0007] 本公开的另一个示例性方面涉及一种提供用于磁感应断层成像的线圈的方法。该 方法包括在多层印刷电路板上的第一平面中布置多个第一同心导电环并在多层印刷电路 板上的第二平面中布置多个第二同心导电环。该方法还包括使用多条第一连接迹线串联联 接所述多个第一同心导电环并使用多条第二连接迹线串联联接所述多个第二同心导电环。 所述多条第一连接迹线和所述多条第二连接迹线径向对齐以串联连接所述多个第一同心 导电环和所述多个第二同心导电环，使得所述多条第一连接迹线中的一条的电流流动与所 述多条第二连接迹线中的一条的电流流动相反。
[0008] 本公开的又一个示例性方面涉及一种用于磁感应断层成像的系统。该系统包括RF 能量源和联接到RF能量源的线圈。该线圈包括位于第一平面内的多个第一同心导电环。所 述多个第一同心导电环彼此串联连接。该线圈还包括位于第二平面内的多个第二同心导电 环。所述多个第二同心导电环彼此串联连接。该系统还包括能够在线圈邻近标本放置时获 得线圈的电参数测量值的测量电路。第一平面和第二平面间隔开平面分隔距离。平面分隔 距离被选择成使得所述多个第一同心导电环和所述多个第二同心导电环逼近用于磁感应 断层成像的模型中的同心导电环的单个平面。
[0009 ] 可以对本公开的这些示例性方面做出变型和修改。
[0010]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】
[0011]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：
[0012] 图1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；
[0013] 图2-3描绘了根据本公开的示例性实施例生成的示例性电导率图；
[0014] 图4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；
[0015] 图5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；
[0016] 图6描绘了根据本公开的示例性实施例的用于提供磁感应断层成像用线圈的示例 性方法的工艺流程图。
[0017] 图7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方法的工 艺流程图。
[0019] 图9和10描绘了根据本公开的示例性实施例的利用实例获得的线圈性质测量值的 实验结果；
[0020] 图11和12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] 挺塗
[0023] 一般来讲，本公开的示例性方面涉及被设计成有利于使用单个线圈对标本(诸如 人体组织标本)进行磁感应断层成像的线圈。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）来生成标本(诸如人体组织标本）的电导率图。 使用多个线圈增加了磁感应断层成像系统的复杂性。例如，可能需要多路技术以采用多个 线圈来获得测量值。
[0024] 已经作出了努力来减少磁感应断层成像所必需的线圈数量。例如，通过使用相对 于标本重新定位线圈的技术或通过相对于线圈重新定位标本，可以需要更少的线圈。虽然 可能有利的是降低磁感应断层成像所需的线圈数量，但是仍希望获得尽可能多的测量值以 改善使用磁感应断层成像获得的图像的分辨率和精度。
[0025] 根据本公开的示例性方面而设计的线圈可有利于使用单个线圈进行磁感应断层 成像。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。根据本公开的示例性方面而设计的线圈可逼近在定量分析模型中提供 的同心导电环的单个平面。
[0026] 更具体地讲，线圈可包括多个同心导电圆环，这些圆环具有足够的环间间距，或足 够不同的半径，以减小与标本的电容耦合。导电环可与连接迹线串联连接，而不让连接迹线 使所述多个同心导电圆环产生的场失真。所述多个同心导电环可布置在多个平面中（例如， 在多层印刷电路板上）作为双层叠堆。所述平面之间的间距或平面分隔距离可被选择成使 得在数学上所述多个导电环可被处理成位于共同平面中，以用于定量分析模型的目的。例 如，平面分隔距离可以在约0.2mm至约0.7mm的范围内，例如约0.5mm。如本文所用，参照尺寸 或其他特性而使用的术语"约"旨在表示在该指定尺寸或其他特性的20%以内。
[0027] 根据本公开的一个特定的示例性具体实施形式，线圈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内的多个第二同心导电环。所述多个第一导电环中的每 一个和所述多个第二导电环中的每一个可包括导电环中的间隙（例如，约〇. 5_或更小的间 隙）以有利于串联连接导电环。所述多个间隙可彼此错开以进一步有利于串联连接所述多 个导电环。
[0028] 多条连接迹线可串联连接导电环。例如，多条第一连接迹线可串联连接第一导电 环并且多条第二连接迹线可串联连接第二导电环。第一和第二连接迹线可被布置成使得源 自连接迹线的磁场彼此相反。例如，所述多条第一连接迹线中的一条可与所述多条第二连 接迹线中的一条几乎径向对齐，使得第一连接迹线中的电流流动与第二连接迹线中的电流 流动相反。
[0029]根据本公开的示例性方面而设计的线圈可从联接到线圈的RF能量源（例如， 12.5MHz RF能量源)激励。例如，所述多个第一导电环的最内导电环可联接到RF能量源，而 所述多个第二导电环的最内导电环可联接到基准节点或电公共节点。线圈在由RF能量源激 励时生成的磁场可表现为好像其源自多个同心导电环的单个平面。
[0030]利用该模型，可使用采用该线圈获得的多个线圈损耗测量值为人体组织生成三维 电磁性质图。更具体地讲，一旦获得多个线圈性质测量值和线圈损耗测量值的相关定位数 据后，即可使用该模型来处理测量值以生成标本的电磁性质分布的三维图，诸如标本的三 维电导率图。
[0031] 用于磁感应断层成像的示例性系统
[0032] 图1描绘了用于诸如人体组织标本的标本110的磁感应断层成像的示例性系统 100。系统100包括根据本公开的示例性方面的具有单个线圈125的线圈装置120,以用于为 磁感应断层成像获得线圈性质测量值。线圈125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4和图5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。
[0033]图1的线圈装置120可包括RF能量源(例如，振荡器电路），其被构造成当线圈125邻 近标本110放置时利用在设定频率(例如，12.5MHz)下的RF能量激励线圈125。激励的线圈 125可生成磁场，这可在标本110中感应涡电流。标本中的这些感应的涡电流可引起线圈125 的线圈损耗(例如，阻抗变化）。线圈装置120可包括电路(例如，测量电路），以用于确定在相 对于标本110的特定位置处的线圈性质测量期间与线圈125相关联的线圈损耗。
[0034] 在线圈装置120被定位在相对于标本110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120的单个线圈125获得。收集的线圈性质测量值可提供至计算系统 140，在那里，线圈性质测量值可被分析以生成标本110的三维电磁性质图，例如，标本110的 三维电导率图或三维电容率图。
[0035] 在一些特定的具体实施形式中，线圈装置120可安装到平移装置130。平移装置130 可以是机械手装置，其例如由计算系统140或其他合适的控制装置控制以使线圈装置120沿 着X轴、y轴和z轴相对于标本110平移，以便将线圈125定位在相对于标本110的多个不同的 离散位置处。线圈装置120可被控制（例如，由计算系统140)，以利用线圈125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。
[0036] 备选地，线圈装置120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120相对于标本110手动地定位，以在相对于标本 110的多个离散位置处获得线圈性质测量值。
[0037] 为了生成标本110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125的定位(例如，如由X轴、y轴和z轴限 定的相对于标本110的）以及线圈125的取向（例如，相对于标本110的倾角）。当使用平移装 置130定位线圈125时，可至少部分地基于定位控制命令来确定线圈125的定位和取向，该命 令控制平移装置130以定位在所述多个离散位置处。
[0038] 在本公开的一个实施例中，由定位在标本110和线圈装置120上方的摄像机135捕 获的图像可结合来自与线圈装置120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120可包括一个或多个运动传感器126(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128。单个线圈125相对于表面 的取向可使用来自运动传感器126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125的取向。
[0039]深度传感器128可用来确定从单个线圈到标本110的距离(例如，沿着z轴的定位）。 深度传感器128可包括构造成确定线圈125相对于表面的位置的一个或多个装置。例如，深 度传感器128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128可包括构造成捕获标本110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Iio的深度。
[0040] 由摄像机135捕获的图像可用来确定线圈125沿着X轴和y轴的定位。更具体地讲， 线圈装置120也可包括位于线圈装置120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135可捕获图形的图像。图像可提供至计算系统140,计算系统140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110的定位。在特定的具体实施形 式中，摄像机135可包括远心镜头以减小由视差效应导致的误差。
[0041] 计算系统140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110的三维电磁性质图。计算系统140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140 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140可与一个或多个远程装置160通信(例如，在有线或无线连接或网络上）。
[0042] 计算系统140包括一个或多个处理器142和一个或多个存储装置144。所述一个或 多个处理器142可包括a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144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140还可包括一个或多个输入装置162(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164(例如，显示器、扬声器等）。
[0043]存储装置144可存储指令146,指令146在由所述一个或多个处理器142执行时造成 所述一个或多个处理器142执行运算。计算装置140可适于充当专用机器，其通过访问指令 146来提供所需的功能。指令146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。
[0044] 如图所示，存储装置144可存储指令146,指令146在由所述一个或多个处理器142 执行时造成所述一个或多个处理器142实现磁感应断层成像（"MIT"）模块148HT模块148 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8中公开的方法。
[0045] 图1的所述一个或多个存储装置144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144可存储与分析模 型150相关联的数据。分析模型150可限定由单个线圈获得的线圈性质测量值与标本110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。
[0046] MIT模块148可被构造成接收来自输入装置162、来自线圈装置120、来自平移装置 130、来自存储在所述一个或多个存储装置144中的数据或其他来源的输入数据。MIT模块 148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164提供给使用者。分析可备选地由一个或多个远程装置160实现。
[0047] 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。
[0048] 图2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 由系统100生成的一个示例性电导率图180。电导率图180可基于线圈装置120获得的测量值 提供图1的MIT模块148生成的三维电导率图的二维横截面视图。图2的电导率图180可例如 呈现在图1的计算系统140的输出装置164上。
[0049] 图2的电导率图180提供了横切并露出椎管的患者的脊柱的横断图。电导率图180 绘制了沿着以厘米为单位的X轴、y轴和z轴的电导率分布的图线。电导率图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，电导率图 180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。
[0050] 图3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 由系统100生成的另一个示例性电导率图190。电导率图190可以是基于线圈装置120获得的 测量值的图1的MIT模块148生成的三维电导率图的二维横截面视图。图3的电导率图190可 例如呈现在图1的计算系统140的输出装置164上。
[0051]图3的电导率图190提供了偏离但平行于脊柱的患者的脊柱区域的矢状图。电导率 图190绘制了沿着以厘米为单位的X轴、y轴和z轴的电导率分布的图线。电导率图190包括标 度192,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，电导率图 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。电导率图180和电导率图 190与其他视图一起可提供患者的脊柱区域的不同图像，以用于诊断和其他目的。
[0052]用于单个线圈的示例性定量分析模型
[0053]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。
[0054]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：
[0055]
[0056] -δΖη为线圈性质测量值(例如，线圈的阻抗损耗的实部）4为自由空间中的磁导 率。ω为线圈的激励频率。pk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：
[0057]
[0058]
[0059] 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z衡量从线圈平面到标本内的相同点的距离。
[0060] 该模型引入作为定位函数的电导率。积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。
[0061] 用于磁感应断层成像的示例性线圈装置
[0062] 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。
[0063] 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。
[0064] 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。
[0065] 图4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200。如 图所示，线圈200包括十个同心导电环。更具体地讲，线圈200包括设置在第一平面中的五个 第一同心导电环210和设置在第二平面中的五个第二同心导电环220。第一同心导电环210 和第二同心导电环220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。
[0066] 如图所示，所述多个第一同心导电环210中的每一个设置成使得它与所述多个第 二同心导电环220中的一个重叠。此外，第一同心导电环210和第二同心导电环220可间隔开 平面分隔距离。平面分隔距离可选择成使得线圈200逼近由定量分析模型构思的同心线圈 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。
[0067] 所述多个第一导电环210可包括第一最内导电环214。所述第一最内导电环214可 联接到RF能量源。所述多个第二导电环220可包括第二最内导电环224。所述第二最内导电 环224可联接到基准节点(例如，接地节点或公共节点）。
[0068] 线圈还包括多条连接迹线230,其用来串联连接第一同心导电环210和第二同心导 电环220。更具体地讲，连接迹线230将所述多个第一同心导电环210彼此串联联接，并且可 将所述多个第二同心导电环220彼此串联联接。连接迹线230也可包括连接迹线235,其将最 外第一同心导电环212与最外第二同心导电环214串联联接。
[0069]如在图5中更详细地所示，连接迹线230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230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5,布置在第一平面中的连接迹线232可与第二平面中的连接迹线234几乎径向对齐。 在连接迹线232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232 和234生成的场彼此相反或抵消。
[0070] 如图5中进一步所示，所述多个第一导电环210和第二导电环220中的每一个可包 括间隙240，以有利于使用连接迹线230连接导电环。间隙可以在约0.2_至约0.7mm的范围 内，例如约0.5mm〇
[0071 ]间隙240可彼此错开以有利于串联连接所述多个同心导电环210和220。例如，与所 述多个第一同心导电环210中的一个相关联的间隙可从与所述多个第一同心导电环210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220中的一个相关联的间 隙可从与所述多个第二同心导电环220中的另一个相关联的间隙错开。与第一同心导电环 210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220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200相关联的相同轴线。
[0072] 如在以下实验结果中所示，图4和图5的线圈200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200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）。
[0073] 图6描绘了根据本公开的示例性方面的用于提供磁感应断层成像用线圈的示例性 方法(300)的工艺流程图。图6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。 [00 74] 在（302)，将多个第一同心导电环布置在第一平面中。例如，图4的线圈200的所述 多个第一同心导电环210布置在多层印刷电路板的第一平面上。在图6的（304)，将多个第二 同心导电环布置在第二平面中。例如，图4的所述多个第二同心导电环220布置在多层印刷 电路板的第二平面上。
[0075]第一平面和第二平面可间隔开平面分隔距离。平面分隔距离可选择成使得线圈逼 近在本文所公开的磁感应断层成像分析模型中的同心导电环的单个平面。例如，平面分隔 距离可选择成在0.2mm至0.7mm的范围内。
[0076]在(306)，使用第一平面中的多条第一连接迹线串联连接所述多个第一同心导电 环。在图6的（308)，使用第二平面中的多条第二连接迹线串联连接所述多个第二同心导电 环。连接迹线可径向对齐以使得连接迹线生成的场彼此相反。例如，连接迹线可被布置成使 得所述多条第一连接迹线和所述多条第二连接迹线径向对齐以串联连接所述多个第一同 心导电环和所述多个第二同心导电环，使得所述多条第一连接迹线中的一条的电流流动与 所述多条第二连接迹线中的一条的电流流动相反。
[0077]在（308)，该方法可包括将位于第一平面中的第一最外导电环与第二平面中的第 二最外导电环联接，使得所述多个第一同心导电环和所述多个第二同心导电环串联联接。 例如，参见图4,第一最外导电环212可与第二最外导电环222串联联接。
[0078]在图6的（310 )，该方法可包括将第一最内导电环联接到RF能量源。例如，参见图4， 所述多个第一同心导电环210的最内导电环214可联接到RF能量源。在图6的（312)，第二最 内导电环可联接到基准节点（例如，接地节点或公共节点）。例如，参见图4,所述多个第二同 心导电环220的最内导电环224可联接到基准节点。
[0079] 用于获得线圈性质测量值的示例性电路
[0080] 图7描绘了可用来使用图4和图5的线圈200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7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200 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200。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200的所述多个第一同心导电环的最内同心导电环。线圈200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）。
[0081 ] 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。
[0082]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 200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200并联联接的变 抗器415,以便当线圈200被定位成邻近用于线圈性质测量的标本时驱动线圈200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200被定位成邻近标 本时获得线圈性质测量值。
[0083]测量电路430可被构造成利用线圈200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200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200的导纳变化的实部。线圈200的导纳变化的实部可被转换为作 为导纳的倒数的线圈200的阻抗变化的实部，以用于分析模型。
[0084] 线圈200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200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200上的电压与和线圈200串联联 接的传感电阻器的电压之间的比率。线圈200的导纳可基于由测量电路430获得的线圈200 的相位和增益而得出（例如，由所述一个或多个处理器420)。
[0085] 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。
[0086] 用于磁感应断层成像的示例性方法
[0087] 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1中描绘的计算系统140的 一个或多个计算装置。此外，图8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。
[0088] 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 置处获得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。
[0089] 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4和图5中描绘的线圈200的线圈几何形状。
[0090] 线圈性质测量值可在相对于标本的多个离散的定位处获得。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。
[0091] 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。
[0092] 在图8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。
[0093]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。
[0094] 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。
[0095] 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）。关于示例性定量模型的细节在上文所讨论的用于单个 线圈的示例性定量分析模型的讨论中给出。
[0096] 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。
[0097]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或目标函数来评价。成本或目标函数可至 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。
[0098]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。
[0099] 实验结果#1
[0100]具有图4和图5中描绘的线圈200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。
[0101]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。
[0102] 图9描绘了线圈"R"的理论损耗与观测损耗的比较。图9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。
[0103] 图10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。
[0104] 如图9和图10所示，使用图4和图5的线圈200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4和图 5的线圈200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。
[0105] 实验结果#2
[0106] 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10示出了根据下式为标本限定的理论电导率分布620:
[0107]
[0108] 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11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。
[0109]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. 一种用于人体组织的磁感应断层成像的线圈，包括： 位于第一平面内的多个第一同心导电环，所述多个第一同心导电环串联连接；以及 位于第二平面内的多个第二同心导电环，所述第二平面与所述第一平面间隔开平面分 隔距离，所述多个第二同心导电环串联连接； 其中所述多个第一同心导电环与所述多个第二同心导电环串联连接，所述多个第一同 心导电环和所述多个第二同心导电环被设置成使得所述多个第一同心导电环中的每一个 与所述多个第二同心导电环中的一个重叠。2. 根据权利要求1所述的线圈，其中所述平面分隔距离被选择成使得所述多个第一同 心导电环和所述多个第二同心导电环逼近用于磁感应断层成像的模型中的同心导电环的 单个平面。3. 根据权利要求1所述的线圈，其中所述平面分隔距离在0.2_至0.7_的范围内。4. 根据权利要求1所述的线圈，其中所述多个第一同心导电环和所述多个第二同心导 电环采用多条连接迹线串联连接。5. 根据权利要求4所述的线圈，其中所述多条连接迹线被布置成使得源自所述连接迹 线的场彼此相反。6. 根据权利要求4所述的线圈，其中所述多条连接迹线径向对齐以串联连接所述多个 第一同心导电环和所述多个第二同心导电环，使得位于所述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所述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。7. 根据权利要求1所述的线圈，其中所述多个第一同心导电环中的每一个具有间隙以 有利于所述多个第一同心导电环的串联连接。8. 根据权利要求7所述的线圈，其中所述多个第二同心导电环中的每一个具有间隙以 有利于所述多个第二同心导电环的串联连接。9. 根据权利要求8所述的线圈，其中与所述多个第一同心导电环中的一个相关的间隙 从与所述多个第二同心导电环中的一个相关的间隙错开。10. 根据权利要求1所述的线圈，其中所述多个第一同心导电环的第一最内导电环联接 到RF能量源并且所述多个第二同心导电环的第二最内导电环联接到基准节点。11. 根据权利要求1所述的线圈，其中所述线圈联接到能够测定所述线圈阻抗变化的测 量电路。12. -种提供用于磁感应断层成像的线圈的方法，所述方法包括： 在多层印刷电路板上的第一平面中布置多个第一同心导电环； 在所述多层印刷电路板上的第二平面中布置多个第二同心导电环； 使用多条第一连接迹线串联联接所述多个第一同心导电环； 使用多条第二连接迹线串联联接所述多个第二同心导电环； 其中所述多条第一连接迹线和所述多条第二连接迹线径向对齐以串联连接所述多个 第一同心导电环和所述多个第二同心导电环，使得所述多条第一连接迹线中的一条的电流 流动与所述多条第二连接迹线中的一条的电流流动相反。13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述第一平面和所述第二平面间隔开平面分隔 距离。14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述平面分隔距离被选择成使得所述多个第一 同心导电环和所述多个第二同心导电环逼近用于磁感应断层成像的模型中的同心导电环 的单个平面。15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述平面分隔距离被选择成在约0.2mm至约 0.7mm的范围内。16. 根据权利要求12所述的方法，其中所述方法包括将所述多个第一同心导电环的第 一最内导电环联接到RF能量源并且将所述多个第二同心导电环的第二最内导电环联接到 基准节点。17. -种用于磁感应断层成像的系统，包括： RF能量源； 联接到所述RF能量源的线圈，所述线圈包括位于第一平面内的多个第一同心导电环， 所述多个第一同心导电环彼此串联连接;所述线圈还包括位于第二平面内的多个第二同心 导电环，所述多个第二同心导电环彼此串联连接;以及 能够在所述线圈邻近标本放置时获得所述线圈的电参数测量值的测量电路； 其中所述第一平面和所述第二平面间隔开平面分隔距离，所述平面分隔距离被选择成 使得所述多个第一同心导电环和所述多个第二同心导电环逼近用于磁感应断层成像的模 型中的同心导电环的单个平面。18. 根据权利要求17所述的系统，其中所述测量电路包括： 被构造成测量与所述线圈相关的电流与电压之间的相位角的相测量电路；以及 被构造成至少部分地基于与所述线圈相关的电压以及与所述线圈串联联接的传感电 阻器两端的电压而测量电压增益的电压增益测量电路。19. 根据权利要求17所述的系统，其中所述RF能量源联接到所述多个第一同心导电环 的最内导电环。20. 根据权利要求18所述的系统，其中所述线圈包括多条径向对齐的连接迹线，所述连 接迹线串联连接所述多个第一同心导电环和所述多个第二同心导电环，使得位于所述第一 平面中的所述多条连接迹线中的一条的电流流动与位于所述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。
【文档编号】A61B5/055GK105979866SQ201480075356
【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
【申请人】金伯利-克拉克环球有限公司