一種基于磁共振技術(shù)的動電成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)電阻抗成像方法，特別涉及一種基于磁共振技術(shù)的動電成像 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電阻抗成像（Electrical Impedance Tomography,簡稱EIT)是根據(jù)人體內(nèi)不同 組織在不同的生理、病理狀態(tài)下具有不同的電阻/電導(dǎo)率的原理，采用各種方法給人體施 加小的安全驅(qū)動電流/電壓，通過驅(qū)動電流/電壓在人體的測量響應(yīng)信息，重建人體內(nèi)部的 電阻率分布或其變化的圖像的技術(shù)。電組抗成像技術(shù)由于其可以對人體組織實現(xiàn)功能成 像，因而在某些癌癥等疾病的早期檢查診斷時，具有獨特的優(yōu)勢，但其空間分辨率較低的缺 點限制了電阻抗成像技術(shù)的在醫(yī)療領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。
[0003] 為了充分發(fā)揮電阻抗成像技術(shù)可實現(xiàn)癌癥等疾病早期診斷的優(yōu)勢，國內(nèi)外學(xué)者采 用EIT與其他檢測技術(shù)相結(jié)合的手段，盡可能使激勵的物理場覆蓋整個成像區(qū)，并獲取成 像區(qū)域內(nèi)的物理場信息，以提高靈敏度，增大有效信息，提高分辨率。比較典型的做法主要 有以下兩種：
[0004] 一是EIT與超聲技術(shù)的結(jié)合，如磁聲成像（Magneto Acoustic Tomography, MAT) 和磁聲電成像（Magneto-Acoustic-Electrical Tomography, MET)方法。這種方法是利用 向放置在靜磁場中的研宄物體施加電流或超聲，通過檢測產(chǎn)生的超聲或電流信號來獲得物 體的電導(dǎo)率分布。近些年該方法取得了一些研宄成果，但總體而言，EIT與超聲技術(shù)的結(jié)合 為兩個物理場的耦合，理論、算法以及信號檢測和提取等方面還需進(jìn)一步的深入探索，目前 仍處于實驗室階段，距離實際應(yīng)用還有一定距離。
[0005] 二是EIT與磁共振技術(shù)的結(jié)合，如磁共振電阻抗成像（Magnetic Resonance Electrical Impedance Tomography，MREIT)方法。它通過向放置在磁共振靜磁場中的研宄 物體施加電流，采用磁共振設(shè)備測量注入電流產(chǎn)生的磁場在靜磁場方向的分量，進(jìn)而求解 研宄物體內(nèi)部的電導(dǎo)率分布。MREIT方法引入了成熟的磁共振設(shè)備，直接獲得成像物體內(nèi)部 的磁場，可極大的克服EIT技術(shù)逆問題重建病態(tài)性嚴(yán)重、分辨率低等問題。但磁共振設(shè)備的 引入也帶來了新的問題：如電流注入電極在強磁場環(huán)境下出現(xiàn)的射頻屏蔽效應(yīng)，電極注入 點處會出現(xiàn)偽影，影響信號測量精度和成像質(zhì)量，成像算法抗噪性能差等，再加上MREIT技 術(shù)尚未完全解決EIT技術(shù)的問題，如：注入電流在物體內(nèi)三維發(fā)散問題，成像物體內(nèi)部電導(dǎo) 率敏感度低問題，表面電極接觸阻抗問題，顱骨等組織的屏蔽問題等，這些都對MREIT技術(shù) 走向?qū)嵱锰岢隽颂魬?zhàn)。
[0006] 動電成像方法在石油測井領(lǐng)域應(yīng)用較多，國內(nèi)外研宄成果也大多集中在這一領(lǐng) 域。目前，動電成像在測井中主要通過發(fā)射地震聲波，使地層在動電效應(yīng)下產(chǎn)生電流，通過 線圈和電極進(jìn)行接收，通過采集的電信號反映地下的介質(zhì)屬性。這種方法單純靠震動產(chǎn)生 電流，信號較小，探測精度較低，且由于其為低頻信號，在測井等大尺度領(lǐng)域可以應(yīng)用，不能 直接應(yīng)用于生物組織探測成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服上述幾種現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)電阻抗成像技術(shù)的缺點，提出一種基于 磁共振技術(shù)的動電成像方法來檢測生物組織的電導(dǎo)率。
[0008] 本發(fā)明基于磁共振技術(shù)的動電成像方法的基本原理是：將一束振動波注入放置在 磁共振靜磁場中的物體，物體中的離子將會隨著振動波的傳播而振動。在靜磁場的作用下， 運動的離子受到洛倫茲力發(fā)生電荷分離現(xiàn)象，在物體內(nèi)部形成電場及電流。通過核磁共振 系統(tǒng)，可以得到該電流在靜磁場方向的磁場分量，進(jìn)而利用安培定律可以求解物體內(nèi)部產(chǎn) 生電流的電流密度分量和電導(dǎo)率分布。
[0009] 能夠?qū)崿F(xiàn)所述的基于磁共振技術(shù)的動電成像方法的系統(tǒng)主要由振動激勵模塊和 磁共振模塊兩部分構(gòu)成。振動激勵模塊主要包括振動激勵系統(tǒng)、振動傳導(dǎo)棒和振動推片。振 動激勵系統(tǒng)產(chǎn)生振動激勵；振動傳導(dǎo)棒用于傳導(dǎo)振動，與振動激勵模塊的輸出相連；振動 推片用于向成像體施加振動激勵，與振動傳導(dǎo)棒相連。磁共振模塊用于檢測磁共振圖像，提 取電流的磁場分量信息。
[0010] 所述振動激勵模塊的振動傳導(dǎo)棒和振動推片工作在磁共振系統(tǒng)的檢測區(qū)域中，為 了防止對磁共振系統(tǒng)造成干擾，振動傳導(dǎo)棒和振動推片采用非鐵磁材料制作。
[0011] 所述的基于磁共振技術(shù)的動電成像方法主要通過以下步驟實現(xiàn)：
[0012] 1)首先，在不加入振動激勵的情況下，采用磁共振系統(tǒng)采集成像物體的磁共振圖 像，提取磁共振圖像的相位信息作為背景相位；
[0013] 2)對成像物體施加振動激勵，采用磁共振系統(tǒng)進(jìn)行二次測量，采集成像物體受振 動激勵影響產(chǎn)生的磁共振圖像的相位。在磁共振成像的相位編碼時，通過振動激勵系統(tǒng)產(chǎn) 生振動激勵信號經(jīng)振動傳導(dǎo)棒傳遞到振動推片上，由振動推片將此振動信號施加到成像物 體上，振動信號在成像物體內(nèi)引起離子振動，在磁共振系統(tǒng)的主磁場作用下受到洛倫茲力， 發(fā)生電荷分離，產(chǎn)生庫侖電場和電流源。該電流源產(chǎn)生的與磁共振主磁場方向平行的磁場 分量會影響磁共振檢測圖像的相位，成像物體受振動激勵影響產(chǎn)生的這種磁共振圖像的相 位可以通過磁共振系統(tǒng)采集得到；
[0014] 3)成像物體內(nèi)的電磁特性的差異影響振動激勵產(chǎn)生的電流源的分布，這些電流源 分布的差異通過相位編碼體現(xiàn)在磁共振的相位圖像上。將步驟2)采集的受振動激勵影響 產(chǎn)生的磁共振相位圖像與步驟1)采集的背景相位相比較，得到相位差為Λ Φ，根據(jù)方程：
[0015] Δ Φ = γ BzTc
[0016] 得到成像物體的磁場分布信息；
[0017] 式中：γ為旋磁比，Bz為振動激發(fā)的電流場產(chǎn)生的磁共振主磁場方向的磁場分量， Τ。為振動激勵施加時間；
[0018] 4)利用步驟1)測量得到背景相位信息和步驟3)得到的成像物體的磁場分布信 息，重建成像物體內(nèi)部的電導(dǎo)率分布：從電磁場理論出發(fā)，建立磁通密度分量民與電導(dǎo)率 σ之間的方程：由Maxwell方程組可以得到有關(guān)磁通密度的雙旋度方程，利用適量恒等式 以及標(biāo)量電位可以得到磁通密度與電導(dǎo)率以及激勵場源相關(guān)的方程，8 2與〇的關(guān)系一般很 難用顯函數(shù)表示，采用變分原理對方程弱形式進(jìn)行積分，降低方程的階數(shù)，然后再根據(jù)方程 重建電導(dǎo)率圖像或電導(dǎo)率的變化圖像。
[0019] 本發(fā)明基于磁共振技術(shù)的動電成像方法是磁聲電成像、磁共振成像和電阻抗成像 三種成像方法的有機(jī)結(jié)合，它采用振動波進(jìn)行激勵，在磁聲電成像的動電效應(yīng)機(jī)理下