一种磁感应式磁共振电阻率成像方法及装置制造方法及图纸

一种磁感应式磁共振电阻率成像方法，由激励线圈组［１０］产生交变电流激励，利用磁共振得到包含实部分量和虚部分量的总磁场在主磁场方向的分量Ｂ↓［Ｚ］引起的相移，从该相移与激励线圈组［１０］不施加电流的相移差中，获得总的磁场在主磁场方向的分量Ｂ↓［Ｚ］分布，根据总磁场在主磁场方向的分量Ｂ↓［Ｚ］与电阻率的非线性关系，获得成像目标体的电阻率ρ图像。应用本发明专利技术方法的装置，其特征在于激励线圈组［１０］由四个平面圆形激励线圈［１］、［２］、［３］、［４］组成，四个线圈两两相切地对称布置，线圈中心轴线与主磁场方向有相同夹角。本发明专利技术可减少成像误差，避免图像重构磁场型和电场型并矢格林函数奇异性处理的繁琐与困难；克服一对亥姆霍兹线圈交变电流激励时图像重建过程逆问题的病态性。

【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和磁感应原理的阻抗成像方法及装置。
技术介绍
传统的磁共振电阻抗成像方法(如美国专利US6,397,095 B1)利用激励电极向成像目标体注入电流，通过测量电极测量目标体边界处的电压，通过磁共振技术检测注入电流在成像目标体内产生的磁场分布，利用表面电压和成像目标内部的磁场信息应用等电位线反投影方法重建成像目标的阻抗分布图像。这种磁共振电阻抗成像方法存在如下问题，主要是(1)在成像目标表面放置的电极存在接触阻抗，电极的摆放情况在很大程度上影响到阻抗分布图像；(2)如果成像目标内存在电流屏蔽，例如人脑部中的颅骨，则注入电流很难通过，从而影响成像效果。针对传统磁共振电阻抗成像技术的不足，中国科学院电工研究所提出了一项专利技术专利(一种阻抗成像方法及装置，申请号200310112963.2)，通过一对亥姆霍兹线圈施加的交变电流激励在成像目标体内感应出电流，电流产生的磁场分布利用磁共振技术测得，利用测得的磁场分布和电磁辐射测量仪测得激励线圈在无成像目标时成像区域的磁场及电场分布，应用电场强度和磁场强度的积分方程重建成像目标的阻抗分布图像。相对于传统磁共振电阻抗成像方法而言，利用线圈激励的方式既避免了使用电极应起的接触阻抗及摆放位置对成像目标阻抗分布图像的影响，又避免了出现类似绝缘体的组织所产生注入电流难以穿过的问题，提高电阻抗成像的精度。然而，这种方法仍存在如下不足，主要是(1)需要用电磁辐射测量仪测量激励线圈在无成像目标时成像区域的电场和磁场分布，作为系统参数存储；(2)初始磁场通过电磁辐射测量仪获得，成像物体存在时的磁场通过磁共振获得，两种不同测量方式的测量误差不同，导致成像误差较大；(3)重建算法中涉及磁场型和电场型并矢格林函数，其奇异性处理起来非常繁琐；(4)采用一对亥姆霍兹线圈作为激励，图像重建过程中所形成的系数矩阵存储单元的条件数较大，逆问题的病态性严重，影响成像精度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是(1)克服现有技术需要电磁辐射测量仪的繁琐和不足，避免同时利用电磁辐射测量仪和磁共振两种不同测量方式导致的较大成像误差；(2)避免图像重构磁场型和电场型并矢格林函数奇异性处理的繁琐与困难；(3)克服一对亥姆霍兹线圈交变电流激励时图像重建过程逆问题的病态性。为此本专利技术提出一种准确测量目标体电阻率分布、据此进行图像重构的磁感应式磁共振电阻率成像方法及其装置。本专利技术方法利用激励线圈组产生交变电流激励，在成像目标体内部产生感应电流，利用磁共振得到包含实部和虚部的总磁场在主磁场方向的分量引起的相移，从该相移与激励线圈组不施加电流的相移差中，获得总磁场主磁场方向(z方向)的分量的分布。本专利技术装置中的激励线圈组由四个平面圆形激励线圈组成，四个激励线圈两两相切地对称布置，其中心轴线与主磁场方向有相同夹角。本专利技术可使成像目标体内部产生的感应电流大小和方向不同，因此反映成像体的电阻率分布的已知信息量更丰富，降低了图像重构系数矩阵的条件数，逆问题病态性明显改善，电阻率精度大幅度提高。本专利技术方法摒弃了采用电磁辐射测量仪获得初始磁场和电场分布的方法，根据下面建立的总磁场z分量与电阻率的非线性关系，获得成像目标体的电阻率图像。重建原理描述如下激励线圈激发角频率ω的交变磁场满足麦克斯韦方程组×E＝-iωB (1)×B＝μ0J (2)J＝σE(3)其中σ、μ0分别为电导率和磁导率，E为电场强度，B为磁通密度，J为电流密度，i=-1]]>为虚数单位。将(3)式两端同乘以电阻率ρ后代入(1)式，展开得ρ×J+ρ×J＝-iωB(4)对(2)式两端同除μ0并求旋度，有1μ0▿×▿×B=▿×J---(5)]]>对(5)式利用矢量恒等式××B＝.B-2B＝-2B，可得-2B＝×J (6) 将(6)式代入(4)式，并提取其z分量，有∂ρ∂xJy-∂ρ∂yJx-ρ▿2BZμ0=-iωBz---(7)]]>其中Jx、Jy分别为电流密度的x，y分量，Bz为磁感应强度的z分量(Jx、Jy和BZ为复数，分别包含实部分量JxR、JyR、BZR和虚部分量JxI、JyI、BZI)。将(7)式按实部和虚部分解，则有∂ρ∂xJyR-∂ρ∂yJxR-ρ▿2BzRμ0=ωBzI∂ρ∂xJyI-∂ρ∂yJxI-ρ▿2BzIμ0=-ωBzR---(8)]]>BZR和BZI可以利用磁共振测得，而Jx、Jy依赖于ρ，因此(8)式所描述的偏微分方程组是非线性的，采用迭代法重构电阻率ρ的分布。即(1)根据重建目标体建立立方体的元胞剖分的几何模型，对于任意一个x，y切片，取离散步长为Δx＝Δy＝h，x，y方向分别包含L和M个单元，则每一切片含有L×M个单元；(2)对子区域赋予初始电阻率后存储在区域电阻率单元中；(3)用三维电磁场有限元求解器获得成像目标体电流密度分布Jx和Jy，分别将其分解为实部分量JxR、JyR和虚部分量JxI、JyI；(4)对(8)式采用有限差分离散，对于任意一个单元，有JyR(i,j,k)-JxR(i,j,k)-2hρ(i,j,k)μ0▿2BzR(i,j,k)=2hωBzI(i,j,k)JyI(i,j,k)-JxI(i,j,k)-2hρ(i,j,k)μ0▿2BzI(i,j,k)=-2hωBzR(i,j,k)---(9)]]>其中▿2BzR(i,j,k)=16▿2BzI(i,j,k)=16---(10)]]> L×M个单元形成2×L×M个方程组，对于四个激励模式而言，所形成方程组的组合系数矩阵S的维数为P×P，而P＝8×L×M；(5)对组合系数矩阵S奇异值分解得到广义逆矩阵S-；(6)将测得的磁场BZR和BZI按区域放入磁场向量存储单元；(7)利用乘法器进行广义逆矩阵和磁场向量相乘得到更新后电阻率分布；(8)设定迭代终止条件本次电阻率分布减去初始电阻率分布，求其2范数，与初始电阻率分布的2范数相除，如果它小于预先给定的精度，则迭代过程终止；否则，用新的电阻率分布更新区域电阻率存储单元，重复步骤(3)～(8)；(9)将区域电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁感应式磁共振电阻率成像方法，其特征在于利用激励线圈组［１０］产生交变电流激励，在成像目标体内部产生感应电流，利用磁共振得到包含实部和虚部的总磁场在主磁场方向的分量Ｂ↓［Ｚ］引起的相移，从该相移与激励线圈组［１０］不施加电流的相移差中，获得总磁场在主磁场方向的分量Ｂ↓［Ｚ］分布，根据Ｂ↓［Ｚ］与电阻率ρ的非线性关系，获得成像目标体的电阻率图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国强，蒙萌，王涛，王新立，王浩，
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]