磁共振电阻抗断层成像方法技术

一种磁共振电阻抗断层成像的方法，其特征在于采用斜位电流注入的方式，通过向法线方向与主磁场方向不平行的成像目标断面注入电流，利用磁共振成像的方法获得注入电流激励磁场沿主磁场方向的分量，进一步计算得到该断面阻抗分布图像。本发明专利技术可以克服电阻抗断层图像重建问题中三个方向旋转成像目标的缺点，同时可以解决目前无需旋转成像物体的磁共振阻抗成像方法在主磁场方向与成像物体长轴方向垂直的磁共振成像系统下难以实现的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医学成像方法，特别涉及一种利用磁共振成像技术的电阻抗成像方法。
技术介绍
不同的生物组织具有不同的电学特性，而且生物组织的电学特性会随着生理活动而变化，甚至当身体器官的形状、大小变化时都会使测量的阻抗值发生变化。例如胃在进食和排空时的膨胀和收缩过程中的阻抗值是不同的。生物组织在病理状态也会引起阻抗值的改变，如癫痫病发作时，大脑的电阻会增加20％。电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography，EIT)就是根据这些特性，通过给人体注入小的安全电流，测量体表的电位来重建人体内部的电阻抗分布图像的成像方法。由于不同组织和器官的电特性不同，所以这种图像包含了解剖学信息。更重要的是某些组织和器官的电特性随其功能状态而改变。因此在临床上可用于检测和监护异常功能。在EIT技术中，电流通过电极被注入到成像目标中，测量附在成像目标表面的其它电极的电压，然后通过一定的重建算法得到电极所在断面的阻抗分布图像，存在问题是(1)由于被测目标表面电极数目的限制，能够测得的表面电压数是有限的，这样就限制了EIT成像的分辨率，同时电极数目的增加带来的问题是信噪比的降低。(2)被测目标中心部位的阻抗变化反映到表面电压的变化，远不及接近表面部位的阻抗变化反映到表面电压的变化明显，这使得重建的图像在很大程度上依赖于成像目标的形状和成像区的位置；(3)EIT成像的图像重建过程是一个严重病态的逆问题，从而导致解的不唯一。利用磁共振成像技术可以检测成像目标中磁场的分布，其基本原理是施加在成像物体上的电流(稳恒电流或射频电流)产生的与主磁场平行的磁场分量将影响磁共振图像的相位，这种相位差异被相位编码捕获。其检测方法是在一个标准的自旋回波序列中施加一个双极性电流脉冲，这时施加的电流脉冲产生的平行于主磁场方向的磁通密度就被编码在磁共振图像的相位上，此时得到磁共振复图像为McB(x，y)＝MB(x，y)exp这里，MB(x，y)为横向磁化矢量，φC是系统本身的固有相位，γ为旋磁比，Bz为激励线圈在组织中产生磁场的沿主磁场方向的分量，TC为激励磁场施加时间。同时对于没有激励磁场的情况有 Mc(x，y)＝M(x，y)exp(jφc)则由激励电流的感应场所引起的磁共振图像的相位变化为φ(x，y)＝γBz(x，y)Tc比较两次成像过程所得到的图像的相位，就可以得到两次成像的相位变化φ(x，y)，从而就可以从上式中可以求出Bz(x，y)，将成像目标旋转，可以得到另外两个方向上的磁场分布Bx(y，z)，By(x，z)，从而得到激励场在成像目标中分布B(x，y)。再由麦克斯韦方程μJρ=▿Bρ]]>可以得到成像目标中的电流密度分布。这种方法测量电流密度的分辨率可以达到1μA/mm2。这种利用磁共振成像方法测量磁场分布，进而得到电流密度分布的方法被称为磁共振电流密度成像，简称MRCDI。基于这种利用磁共振成像技术测量成像目标中的电流密度分布的方法，美国专利US6,397,095 B1提出了一种结合MRCDI技术和阻抗断层成像(EIT)技术的磁共振阻抗断层(MREIT)成像方法，如图1所示，成像目标10放置在由磁共振成像磁体20产生的强磁场B0中，电缆30被固定在成像目标10上，并与电流源和电压测量设备40连接，用来向成像目标中注入电流和测量成像目标的表面电压。显示设备50用来显示获得的图像，磁共振成像系统60用来控制磁共振成像序列。谱仪系统、主磁体及梯度线圈、射频线圈、主控计算机机为核磁共振(MRI)设备的主要组成部分，其中谱仪系统控制成像序列的产生及实施，并采集磁共振成像数据。主磁体为磁共振成像提供成像所需的均匀磁场。梯度线圈为成像提供所需的梯度场。射频线圈分为发射线圈和接受线圈，发射线圈提供成像所需的核磁共振激励射频场，接受线圈用来接受磁共振信号。主控计算机用来控制磁共振成像系统各个部分的协调工作并完成图像的重建与处理。电流注入控制模块实现选定电极的电流注入，模拟开关地址线和使能端连接到基于PCI总线的数据采集卡的开关输出端口，通过编程实现特定表面电压采集模式。在成像过程中，磁共振成像系统的成像序列通过谱仪系统控制电流的注入，在进行磁共振成像的相位编码时施加注入电流，利用上述MRCDI技术得到成像目标中的电流密度分布。利用测得的表面电压和成像目标内部的电流密度分布重建成像目标的阻抗分布图像。这种利用内部电流密度分布信息J和边界条件重建阻抗分布的MREIT系统，存在的最大问题是需要测量注入电流感应磁场在三个方向上的分布，因此需要旋转成像物体，同时由于MRI磁体内腔大小的限制，研究物体的尺寸不能太大，从而大大限制了MREIT技术的应用范围。为了克服上述方法需要三个方向旋转成像物体的缺点，人们提出了利用注入电流所激励的磁通密度分布B和边界条件来重建阻抗分布的方法，目前的重建算法是在垂直于主磁场方向的平面上注入电流，利用注入电流激励磁场与主磁场方向平行的分量Bz，重建该平面上的阻抗分布图像，这种成像方法适用于一些主磁场方向与人体长轴方向平行的磁共振系统，对于一些主磁场方向与人体长轴方向垂直的MRI系统来说，如永磁磁共振成像系统，由于这类磁共振成像系统的主磁场方向与人体长轴方向垂直，因此利用这类方法就需要沿人体长轴方向上布置电极，由于受到MRI系统磁体内腔大小的限制，这类方法在实际操作中难以实现，并且这类重建算法受噪声影响较大，重建图像质量不高。
技术实现思路
本专利技术目的是克服现有技术的缺点，提出一种用磁共振成像技术的电阻抗成像方法。本专利技术采用斜位注入电流的方式，即通过向法线方向与主磁场方向不平行的成像目标断面注入电流，利用磁共振成像的方法获得注入电流激励磁场沿主磁场方向的分量，进一步计算得到该断面阻抗分布图像。本专利技术可以克服电阻抗断层图像重建问题中三个方向旋转成像目标的缺点，同时可以解决目前无需旋转成像物体的磁共振阻抗成像方法在主磁场方向与成像物体长轴方向垂直的磁共振成像系统下难以实现的问题，从而突破目前MREIT技术上的限制，拓展MREIT技术的应用范围。本专利技术进行阻抗图像重建的原理描述如下设成像断面的电导率分布为σ，注入电流在成像断面上的电势分布为u，则有σ▿u=-▿Bρμ0---(1)]]>成立，对(1)式两边取旋度有▿u×▿σ=1μ0▿2Bρ---(2)]]>设注入电流激励磁场沿成像断面上x1方向y1方向和沿成像断面法线方向z1的磁场分量分别为Bx1、By1、Bz1，设MRI系统坐标系的z轴与成像断面坐标系的x1轴、y1轴、z1轴的夹角分别为α、β、γ，则有以下关系成立Bz＝Bx1cosα+By1cosβ+Bz1cosγ(3)式中Bz为注入电流激励磁场沿磁共振成像系统主磁场方向的分量，该磁场分量可由磁共振成像利用存在注入电流与没有注入电流两种情况下磁共振图像的相位差与注入电流激励磁场沿z方向的磁场分量的关系式Δ＝γ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁共振电阻抗断层成像方法，其特征在于采用斜位电流注入的方式，通过向法线方向与主磁场方向不平行的成像目标断面注入电流，利用磁共振成像的方法获得注入电流激励磁场沿主磁场方向的分量，进一步计算得到该断面阻抗分布图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧贤，宋涛，王玉宇，何永波，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]