专利名称：用于校准磁感应断层成像系统的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于校准例如磁感应断层成像系统的成像系统的方法和设备。
背景技术：
磁感应断层成像术(MIT)是一种应用于工业和医疗成像中的非侵入式成像技术。 和其他电成像技术相对照，MIT不需要传感器与待成像的物体直接接触。MIT利用来自一个或多个发生器线圈(也称为激励线圈)的磁场以便在待研究的 物体(即材料)中感应出涡流。换言之，用时变磁场来激励扫描区。传导和/或可渗透材料 的存在使得其中的激励场发生扭曲。所述初级磁场的扰动即由涡流引起的次级磁场，是通 过许多传感器线圈(也称为测量线圈、检测线圈或接收线圈)来检测的。获取成组测量结 果，用于恢复物体的位置、形状和电磁特性。MIT对所有三个被动电磁特性都敏感电导率、 介电常数和磁导率。结果，例如可以在目标物体中重构电导率的贡献。具体说来，MIT适用 于检查生物组织，因为这种组织的磁导率的值μκ 1。现有技术专利申请W02007072343公开了一种用于研究物体的电磁特性的磁感应 断层成像系统，该系统包括一个或多个适用于产生初级磁场的发生器线圈，所述初级磁场 在物体中感应出涡流；一个或多个适用于检测次级磁场的传感器线圈，所述次级磁场作为 所述涡流的结果而产生；用于提供一方面的一个或多个发生器线圈和/或一个或多个传感 器线圈和另一方面的待研究的物体之间的相对运动的装置。通过相对于目标物体移动发生 器线圈和/或传感器线圈，就可增大独立测量的数量而无需更多的线圈。结果，可以更加容 易地对灵敏度矩阵求逆，解更加稳定，并且重构图像的空间分辨率更高。MIT系统的一个主要应用是在生物医学监测领域。在这种情况下，需要该系统工作 长的时间。系统偏移尤其是温度引起的偏移，可能影响测量的精度。电子设备通常在不同 的温度条件下具有不同的相延特性，并且机械结构在温度变化时也将发生改变。所有这些 变化都可能影响需要以毫度精度测量的系统的精度。因此，必须经常对所述成像系统进行 校准。在常规的校准方法中，患者必须离开测量室。显然，在监测的是严重受伤的患者时， 进行这种校准并不方便，患者的任何动作都将加重他/她的病情。因此，需要提供一种用于不移动受监测患者而校准成像系统的方法和设备，以提 高系统精度。
发明内容
本发明的一个目的是校准成像系统。本发明是通过提供一种校准成像系统的方法 来实现这个目的的，该方法包括-第一测量步骤，其测量与置于成像系统的测量室中的参考物体关联的磁感应信 号，以便获得第一组测量数据；-根据所述第一组测量数据和一组偏移数据计算第一组参数的步骤，所述第一组 参数表示参考物体的电磁特性，该偏移数据组是所述系统的偏移的初始估计；
-第二测量步骤，其测量与置于测量室中的参考物体和感兴趣物体关联的磁感应 信号，以便获得第二组测量数据；-根据所述第二组测量数据和所述偏移数据组计算第二组参数的步骤，所述第二 组参数表示参考物体和感兴趣物体的电磁特性；-根据测量室中参考物体的形状和/或位置从所述第二组参数导出第三组参数的 步骤，所述第三组参数表示参考物体的电磁特性；和-从所述第一和第三组参数导出一组最优偏移数据的步骤，该最优偏移数据组是 所述系统的偏移的估计；和-用所述最优偏移数据组更新所述偏移数据组的步骤。通过计算基于表示参考物体的电磁特性并且由测得的信号导出的参数变化的评 价函数，该方法可以导出一组使得该评价函数最小的最优偏移数据，从而可以补偿所述成 像系统的偏移的影响，即降低成像系统偏差所引起的不精确度，而不将感兴趣物体移出测量室。有利的是，在一个实施例中，该参考物体包括不传导外壳和由该外壳形成的腔体， 该方法还包括步骤-在所述第一测量步骤或所述第二测量步骤之前将传导流体填充到参考物体的腔 体中；-在所述第二测量步骤之后从该腔体中清空所述传导流体。通过从参考物体的腔体中清空传导流体，在测量室中只留下参考物体的不传导外 壳，这使得在监测患者期间由参考物体引起的磁干扰最小，从而改善了图像质量。本发明的另一个目的是校准成像系统的偏移。本发明是通过提供一种用于校准成 像系统的偏移的设备来实现这个目的的，该设备包括-测量单元，其用于测量与置于所述系统的测量室中的参考物体关联的磁感应信 号以便获得第一组测量数据，并且测量与置于测量室中的参考物体和感兴趣物体关联的磁 感应信号以便获得第二组测量数据；-第一计算器，其用于根据所述第一组测量数据和一组偏移数据计算第一组参数 并且用于根据所述第二组测量数据和该偏移数据组计算第二组参数，所述第一组参数表示 参考物体的电磁特性，所述第二组参数表示参考物体和感兴趣物体的电磁特性，所述偏移 数据组是所述系统的偏移的初始估计；-第二计算器，其用于根据测量室中参考物体的已知形状和/或已知位置从所述 第二组参数导出第三组参数，所述第三组参数表示参考物体的电磁特性；-第一处理单元，其用于从所述第一和第三组参数导出一组最优偏移数据，该最优 偏移数据组是所述系统的偏移的估计；-第二处理单元，其用于利用所述最优偏移数据组更新所述偏移数据组。在另一个实施例中，当参考物体包括不传导外壳和由该外壳形成的腔体时，该设 备还包括填充单元，其用于将传导流体填充到参考物体的腔体中；清空单元，其用于从该 腔体中清空所述传导流体；第一控制器，其用于控制所述填充单元和所述清空单元。下面将描述本发明的详细解释和其他方面。
根据下面参考附图的详细说明，本发明的上述以及其他目的和特征将变得更加显 而易见，在附图中图1为示例地表示依照本发明的成像系统测量室的一个实施例的示意图；图2为依照本发明的方法的第一流程图；图3为依照本发明的方法的第二流程图；图4为示例地表示依照本发明的成像系统的一个实施例的方框图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相似的部件。
具体实施例方式图1为示例地表示依照本发明的成像系统测量室的一个实施例的示意图。在图1所示的实施例中，测量室100是成像系统的一部分，它由圆形体103形成， 用于容纳待成像的物体。这些待成像的物体限定了用于成像的感兴趣物体101，例如患者头 部，或者其身体的其他部位。这些待成像的物体也可以包括一个或多个参考物体102，其如 下文所解释的可以用于校准成像系统的偏移。图2为校准成像系统的偏移的方法的第一流程图。依照本发明，该方法包括第一测量步骤204，其测量与置于所述系统的测量室100 中的参考物体102关联的磁感应信号，以便获得第一组测量数据。如图1所示，参考物体 102可以包括几个具有预定形状的传导结构体，每个结构体可以置于测量室100中的预定位置。在用于生物医学监测的磁感应断层成像系统的应用中，所述第一测量步骤包括子 步骤通过提供激励信号产生初级磁场，该初级磁场在待测量的物体中感应出涡流；检测 次级磁场以便产生相应的测量数据组，所述次级磁场作为所述涡流的结果而产生，并且由 一组测量数据表示。所述第一组测量数据可以包括相差矢量，每个相差反映了激励信号和 测得的磁感应信号之间的电压差。该方法还包括步骤206，其根据所述第一组测量数据和一组偏移数据计算第一组 参数，所述第一组参数表示参考物体的电磁特性，所述初始偏移数据组是所述系统的偏移 的初始估计。计算步骤206遵循图像重构理论，例如遵循传导率计算和图像重构的方法，在 现有技术文献“Image reconstruction approaches for Philips magnetic induction tomography (用于Philips磁感应断层成像的图像重构方法)”，M. Vauhkonen, M. Hamsch and C. H. Igney，ICEBI 2007，IFMBE Proceedings 17，ρρ· 468-471，2007 中描述了所述传导 率计算和图像重构。所述初始偏移数据组可以通过在测量室为空时测量获得。可替换地，所述初始偏 移数据组可以通过经验的偏移数据组来确定，或者结合针对空的测量室的测量数据和经验 的偏移数据组来确定。该方法还包括第二测量步骤210，其测量与置于测量室100中的参考物体102和感 兴趣物体101关联的磁感应信号，以便获得第二组测量数据。所述第二测量步骤210与所 述第一测量步骤204相似，主要差别在于待测量物体包括参考物体102和感兴趣物体101两者。在第一测量步骤204之后，将感兴趣物体101置于测量室中而不移动参考物体102， 并且感兴趣物体101在测量空间中不与参考物体102重叠。感兴趣物体101可以是患者头 部，或者某种具有待分析特殊电磁特性的可感知材料。该方法还包括步骤212，其根据所述第二组测量数据和所述偏移数据组计算第二 组参数，所述第二组参数表示参考物体和感兴趣物体的电磁特性。类似于步骤206中执行 的计算，计算步骤212例如通过使用上述现有技术中描述的方法而遵循相同的图像重构理 论。该方法还包括步骤216，其根据测量室中参考物体的已知形状和/或已知位置从 所述第二组参数导出第三组参数，所述第三组参数表示参考物体的电磁特性。当测量室100中参考物体102的位置已知即预定时，表示感兴趣物体101和参考 物体102的电磁特性的第二组参数可以分成两部分第一部分表示参考物体的电磁特性 (所述第三组参数)并且可以用于以下的评价函数计算；第二部分表示感兴趣物体的电磁 特性(第四组参数)并且可以用于表示感兴趣物体三维电磁特性的图像的进一步重构。该方法还包括步骤218，其从所述第一和第三组参数导出一组最优偏移数据，该最 优偏移数据组是所述系统的偏移的估计。在一个实施例中，导出步骤218包括计算由下式 定义的评价函数F(S1; S3)的子步骤
权利要求
一种校准成像系统的方法，该方法包括 第一测量步骤(204)，其测量与置于该成像系统的测量室(100)中的参考物体(102)关联的磁感应信号，以便获得第一组测量数据； 步骤(206)，其根据所述第一组测量数据和一组偏移数据计算第一组参数，所述第一组参数表示所述参考物体(102)的电磁特性，所述偏移数据组是所述系统的偏移的初始估计； 第二测量步骤(210)，其测量与置于所述测量室(100)中的所述参考物体(102)和感兴趣物体(101)关联的磁感应信号，以便获得第二组测量数据； 步骤(212)，其根据所述第二组测量数据和所述偏移数据组计算第二组参数，所述第二组参数表示所述参考物体(102)和感兴趣物体(101)的电磁特性； 步骤(216)，其根据测量室中所述参考物体(102)的形状和/或位置从所述第二组参数导出第三组参数，所述第三组参数表示所述参考物体的电磁特性；和 步骤(218)，其从所述第一和第三组参数导出一组最优偏移数据，该最优偏移数据组是所述系统的偏移的估计；和 步骤(220)，其用所述最优偏移数据组更新所述偏移数据组。
2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤-在所述第一测量步骤(204)或所述第二测量步骤(210)之前将传导流体填充(304、 328)到所述参考物体(102)的腔体(403)中；和-在所述第二测量步骤(210)之后从所述腔体(403)中清空(314)所述传导流体。
3.如权利要求1或2所述的方法，还包括控制测量与所述参考物体和感兴趣物体关联 的信号以便校准所述系统的偏移的时刻的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其中测量步骤包括子步骤-通过提供激励信号产生初级磁场，该初级磁场在待测量的物体中感应出涡流；和 _检测次级磁场以便产生相应的测量数据组，所述次级磁场作为所述涡流的结果而产 生，并且由一组测量数据表示。
5.如权利要求4所述的方法，其中导出一组最优偏移数据的步骤包括迭代的子步骤 -计算由下式定义的评价函数式中=Sp S3分别表示包括M个元素的所述第一和第三组参数，(^和Oi ’分别表示S1 和S3中第i个元素的数据值，F(S” S3)表示评价函数；和_更新该偏移数据组从而获得经过更新的第一和第三组参数以便计算评价函数，直到 获得使得评价函数的值最小的一组最优偏移数据。
6.如权利要求5所述的方法，其中每组测量数据中的每个数据与响应于激励信号的相 差对应，每组参数中的每个数据与位于测量室中一个位置处的待测量物体的传导率估计对 应。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述偏移数据组的初始估计通过测量与空的测量室 (100)关联的磁感应信号和/或通过一组预定的偏移数据来确定。2
8.一种用于校准成像系统的偏移的设备(400)，该设备包括-测量单元(410)，其用于测量与置于所述系统的测量室中的参考物体关联的磁感应 信号以便获得第一组测量数据，并且测量与置于所述测量室中的所述参考物体和感兴趣物 体关联的磁感应信号以便获得第二组测量数据；-第一计算器(420)，其用于根据所述第一组测量数据和一组偏移数据计算第一组参 数并且用于根据所述第二组测量数据和所述偏移数据组计算第二组参数，所述第一组参数 表示所述参考物体的电磁特性，所述第二组参数表示所述参考物体和感兴趣物体的电磁特 性，所述偏移数据组是所述系统的偏移的初始估计；-第二计算器(430)，其用于根据测量室中所述参考物体的已知形状和/或已知位置从 所述第二组参数导出第三组参数，所述第三组参数表示所述参考物体的电磁特性；-第一处理单元(440)，其用于从所述第一和第三组参数导出一组最优偏移数据，该最 优偏移数据组是所述系统的偏移的估计；和-第二处理单元(450)，其用于利用所述最优偏移数据组更新所述偏移数据组。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述参考物体包括不传导外壳(402)和由该外壳 (402)形成的腔体(403)，该设备还包括填充单元(462)，其用于将传导流体填充到所述参 考物体的腔体(403)中；清空单元(464)，其用于从该腔体中清空所述传导流体；以及第一 控制器(466)，其用于控制所述填充单元和所述清空单元。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述填充单元(462)和清空单元(464)由泵系统来 实现，所述泵系统连接到至少一个贮存液体的液体容器(468)中。
11.如前述权利要求8-10中任何一项所述的设备，还包括第二控制器(472)，其用于控 制测量与所述参考物体和感兴趣物体关联的信号以便校准所述系统的偏移的时刻。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述测量装置包括一个或多个发生器线圈(412)，其设置用于通过提供激励信号来产生初级磁场，该初级 磁场在待测量物体中感应出涡流；和一个或多个传感器线圈(414)，其设置用于检测次级磁场以便产生相应的测量数据组， 该次级磁场作为所述涡流的结果而产生并且由一组测量数据表示。
13.—种成像系统，包括如权利要求8-12中任何一项所述的设备(400)。
全文摘要
本发明涉及一种用于校准成像系统的偏移的方法和设备。本发明的核心思想在于将参考物体置于成像系统的测量室中；在不同时间点测量与参考物体关联的信号；根据参数的变化计算评价函数，所述参数表示参考物体的电磁特性；导出使得评价函数的值最小的一组最优偏移数据，以便在随后的图像重构中补偿系统的偏移。在一个实施例中，本发明使用了包括不传导外壳和腔体的参考物体，传导流体可以填充到该参考物体中，也可从该参考物体中清空，这样，可以减少监测期间由参考物体引起的成像干扰。
文档编号G01V3/10GK101983341SQ200980108445
公开日2011年3月2日 申请日期2009年3月3日 优先权日2008年3月10日
发明者谌达宇, 阎铭 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司