(57)【要約】  本発明は、磁気誘導断層撮影のための方法及びシステムに関する。このシステムは、対象物体に加えられる一次磁場を発生させるための少なくとも１つの送信コイル、及び前記一次磁場に応じて、前記対象物体により生じる二次磁場により誘導される電気信号を測定するための少なくとも１つの測定コイル配列を有する。前記少なくとも１つの測定コイル配列は、実質的に同じ平面に位置決められる複数の測定コイルを有する。従来の単一の測定コイルに取って代わるために、ある平面に位置決められる複数の独立した測定コイルを用いることにより、測定した差分電圧が前記二次磁場の変化に最も敏感である前記測定コイルが導電率分布の変化を計算するために選択されることができ、ＭＩＴシステムの向上した感度となる。
2012501779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体の画像を再構成するためのシステムにおいて、前記システムは、
−前記対象物体に加えられる一次磁場を発生させるように構成される少なくとも１つの送信コイル、及び
−前記一次磁場に応じて前記対象物体により生じる二次磁場により誘導される電気信号を測定するように構成される少なくとも１つの測定コイル配列
を有し、前記少なくとも１つの測定コイル配列は、実質的に同じ平面に位置決められる複数の測定コイルを有する、システム。
【請求項２】
前記二次磁場により誘導される前記測定した電気信号に基づいて、前記対象物体の画像を再構成するためのプロセッサをさらに有し、前記プロセッサは、前記複数の測定コイルの各々制御し、前記測定コイルの第１及び第２の電気信号を測定するように構成される制御ユニットを有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１及び第２の電気信号は電圧を誘導し、前記プロセッサはさらに、前記複数の測定コイルから１つの測定コイルを選択するように構成される第１の選択ユニットを有し、前記選択した測定コイルは、前記第１及び第２の電圧間の差分電圧と、前記コイルにかかる前記第１の電圧との比の最大の絶対値を持つ、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１及び第２の電気信号は電圧を誘導し、前記プロセッサはさらに、前記複数の測定コイルから１つの測定コイルを選択するように構成される第２の選択ユニットを有し、前記選択した測定コイルは、前記コイルにかかる前記第１の及び第２の電圧間の差分電圧の最大の絶対値を持つ、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサはさらに、前記選択した測定コイルに対応する前記差分電圧に基づいて、前記対象物体の導電率分布の変化を計算するように構成される第１の計算機を有する請求項３又は４に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサはさらに、前記複数の第１及び第２の電圧から得られる複数の重み付き差分電圧に基づいて、前記対象物体の導電率分布の変化を計算するように構成される第２の計算機を有する請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の測定コイルの各々は扇形形状であり、前記複数の測定コイルは円形平面を形成する請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の測定コイルの各々は矩形形状であり、前記複数の測定コイルは矩形平面を形成する請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数の測定コイルの各々は実質的に同じ範囲を囲んでいる請求項７又は８に記載のシステム。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載のシステムを有する磁気誘導断層撮影スキャナ。
【請求項１１】
対象物体の画像を再構成する方法において、
（ａ）少なくとも１つの送信コイルにより前記対象物体に加えられる一次磁場を発生させるステップ、及び
（ｂ）実質的に同じ平面に位置決められる複数の測定コイルを有する少なくとも１つの測定コイル配列によって、二次磁場により誘導される電気信号を測定するステップであり、前記二次磁場は、前記一次磁場に応じて前記対象物体により生じている、ステップ
を有する方法。
【請求項１２】
ステップ（ｂ）は、前記対象物体の導電率分布の変化の前後に第１及び第２の電気信号を測定するために、前記複数の測定コイルの各々を制御するステップを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記第１及び第２の電気信号は電圧を誘導し、前記方法はさらに前記複数の測定コイルから１つの測定コイルを選択するステップを有し、前記選択した測定コイルは、前記第１及び第２の電圧間の差分電圧と、前記第１の電圧との比の最大の絶対値を持つ、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、前記第１及び第２の電気信号は電圧を誘導し、前記方法はさらに、前記複数の測定コイルから１つの測定コイルを選択するステップを有し、前記選択した測定コイルは、前記第１及び第２の電圧間の差分電圧の最大の絶対値を持つ、方法。
【請求項１５】
前記選択した測定コイルに対応する前記差分電圧に基づいて、前記対象物体の導電率分布の変化を計算するステップをさらに有する請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の第１及び第２の電圧から得られる複数の重み付き差分電圧に基づいて、前記対象物体の導電性分布の変化を計算するステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気誘導断層撮影(magnetic induction tomography)、特に磁気誘導断層撮影システムの感度を向上させるための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気誘導断層撮影（ＭＩＴ）は、工業及び医療撮像に応用できる、非侵襲性及び非接触の撮像技術である。他の電気的撮像技術とは対照的に、ＭＩＴは、撮像する対象物体(object of interest)とセンサとの直接の接触を必要としない。
【０００３】
ＭＩＴは、例えば導電率σ、誘電率ε及び透磁率μのような対象物体内の受動的電気特性の空間分布を再構成するのに用いられる。ＭＩＴにおいて、通常は数ｋＨｚから数ＭＨｚまでの間にある正弦波電流は、普通は一次磁場と呼ばれる時間変動磁場を発生させる送信コイルに加えられる。例えば生物組織のような導電性の対象物体によって、前記一次磁場は、この対象物体内に"渦電流(eddy current)"を発生させる。これら渦電流は二次磁場を発生させる。これら磁場の組み合わせが受信コイルにおいて電気信号、例えば電圧を誘導する。幾つかの送信コイルを使用し、測定を繰り返すと、測定データの組が取得され、対象物体の電磁特性の時間変動を視覚化するのに用いられる。
【０００４】
ＭＩＴは、３つの受動的電磁特性である、導電率、誘電率及び透磁率の全てに敏感である。結果として、例えば対象物体における導電率の寄与が再構成されることができる。特に、ＭＩＴは、生体組織の透磁率の値がμＲ≒１であるため、このような生体組織の画像を再構成するのに適している。
【０００５】
渦電流により誘導される二次磁場は、測定される物体に関する情報を持っている。しかしながら、この二次磁場により誘導される電圧ΔＶは非常に小さく、この電圧ΔＶと測定コイルの測定した電圧Ｖとの比、例えば｜ΔＶ／Ｖ｜は、幾つかのコイル上において１０−７と小さい。これは、現在のＭＩＴシステムにおいて少なくとも２つの問題を生じさせ、１つ目は、このシステムがハードウェアのコストを増大させる高精度なＡＤＣを必要とすること、並びに２つ目は、このシステムがノイズに対し非常に敏感であり、故にその検出性能に制限を課してしまうことである。
【０００６】
先行文献"A new type of gradiometer for the receiving circuit of magnetic induction tomography(MIT)", by Hermann etc. in Physiol. Meas, Vol.26, pp.S307-S318, 2005は、受信回路にグラジオメータ(gradiometer)を使用することにより、異なるコイルの対における信号を取り去る方法を開示し、これはＭＩＴシステムの感度を向上させる。
【０００７】
しかしながら、グラジオメータのコイルは、コイル配列の対称性の形状に非常に敏感である。例えば機械的及び/又は温度不安定性により引き起こされる変形が原因で、コイルの対が理想的な対称形状から外れるとき、これらコイルは互いに全く補償しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
向上した感度を持つ画像再構成システムを達成するのが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様において、これら問題の１つ以上をより上手に対処するために、対象物体の画像を再構成するためのシステムが提供され、このシステムは、
−対象物体に加えられる一次磁場を発生させるように構成される少なくとも１つの送信コイル、及び
−前記一次磁場に応じて対象物体により生じる二次磁場により誘導される電気信号を測定するように構成される少なくとも１つの測定コイル配列
を有する。ここで少なくとも１つの測定コイル配列は、実質的に同じ平面に位置決められる複数の測定コイルを有する。
【００１０】
従来の単一の測定コイルに取って代わるために、ある平面に位置決められた複数の独立した測定コイルを用いることにより、対象物体の導電率分布の変化により生じる二次磁場の変化は独立して計算されることができ、例えばＭＩＴシステムに使用されるとき、向上した感度をもたらす。
【００１１】
前記システムはさらに、二次磁場により誘導される前記測定した電気信号に基づいて、前記対象物体の画像を再構成するために構成されるプロセッサを有するのが有利であり、このプロセッサは、前記複数の測定コイルの各々を制御し、それらコイルの第１及び第２の電気信号を測定する制御ユニットを有する。
【００１２】
ある実施例において、前記第１及び第２の電気信号は電圧を誘導し、前記プロセッサはさらに、前記複数の測定コイルから１つの測定コイルを選択するように構成される第１の選択ユニットを有し、この選択した測定コイルは、前記第１及び第２の電圧間の差分電圧と、前記コイルにかかる第１の電圧との比の最大の絶対値を持つ。
【００１３】
他の実施例において、前記第１及び第２の電気信号は電圧を誘導し、前記プロセッサはさらに、前記複数の測定コイルから１つの測定コイルを選択するように構成される第２の選択ユニットを有し、この選択した測定コイルは、前記コイルにかかる第１及び第２の電圧間の差分電圧の最大の絶対値を持つ。
【００１４】
前記プロセッサはさらに、選択した測定コイルに対応する差分電圧に基づいて、対象物体の導電率分布の変化を計算するように構成される第１の計算機を有するのが有利である。
【００１５】
本発明は、二次磁場の変化に最も敏感である測定コイルを選択し、画像の再構成において、前記選択した測定コイルに対応する差分電圧を使用することにより、前記ＭＩＴシステムの感度を向上させる。
【００１６】
プロセッサはさらに、前記複数の第１及び第２の電圧から得られる複数の重み付き差分電圧に基づいて、対象物体の導電率分布の変化を計算するように構成される第２の計算機を有することも有利である。
【００１７】
複数の測定コイルにより生じた差分電圧を重み付けることにより、さらに独立した測定データが画像の再構成に使用されることができ、ＭＩＴシステムの向上した感度をもたらす。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、対象物体の画像を再構成する方法を提供し、前記方法は、
（ａ）少なくとも１つの送信コイルにより対象物体に加えられる一次磁場を発生させるステップ、及び
（ｂ）実質的に同じ平面に位置決められる複数の測定コイルを有する少なくとも１つの測定コイル配列によって、二次磁場により誘導される電気信号を測定するステップであり、前記二次磁場は前記一次磁場に応じて対象物体により生じている、ステップ
を有する。
【００１９】
本発明の詳細な説明及び他の態様は以下に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の測定コイル配列の概略図。
【図２】本発明による測定コイル配列の実施例の概略図。
【図３】本発明によるシステムの実施例の概略図。
【図４】本発明による方法のフローチャートの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の上記及び他の物体並びに特徴は、添付図面を参照して以下の詳細な説明からさらに明らかとなるだろう。
【００２２】
図面を通して、同じ参照符号は、同様の部品を述べるために使用される。
【００２３】
ＭＩＴシステムにおいて、物体の導電率分布とコイルの測定した電圧との間の関係は、マクスウェルの方程式を用いて定められる。測定コイルにかかる電圧は、このコイルにわたる電場（Ｅ）の積分
【数１】
2012501779.tif 000003
である。
【００２４】
このマクスウェルの方程式において、導電率とＥ場との間の関係は、
【数２】
2012501779.tif 000004
として得られる。
【００２５】
この方程式において
【数３】
2012501779.tif 000005
は、送信コイルに加えられる電流密度であり、
【数４】
2012501779.tif 000006
である。ここでσ、μ及びεは夫々、導電率、透磁率及び誘電率であり、μ０及びε０は夫々、自由空間の透磁率及び誘電率であり、
【数５】
2012501779.tif 000007
である。
【００２６】
空間内の何れかの点のＥ場を直接測定することができず、代わりにコイルに沿ったＥ場の積分である電圧Ｖが測定される。
【００２７】
図１は、従来のＭＩＴシステムに使用される単一の測定コイル１００を有する測定コイル配列の概略図である。Ｅ場は空間内において３Ｄベクトル場であるため、そしてコイルが４つのセグメントに分割されている場合、これら４つのセグメントの測定値は異なる。
【００２８】
同じ理由で、導電率分布の変化に対応する、４つのセグメントの電位差ΔＶは異なるだろう。コイルの４つのセグメントの１つのセグメントの電位差は、対象物体の導電率分布の変化に最も敏感となるだろう。
【００２９】
しかしながら、各コイルセグメントにかかる電圧を測定するのは難しい。これは、コイルが、このコイルにより囲まれる範囲にわたり二次磁場の変化により誘導される電圧を単に測定するだけであり、対象物体の導電率の変化により生じる二次磁場の変化に最も敏感なコイルセグメントがどれであるかを特定できないことを意味する。
【００３０】
コイルにかかる測定した電圧と導電率分布の変化との間の関係の理解及び洞察に基づいて、本発明は、従来の単一の測定コイルに取って代わるために、実質的に同じ平面に位置決められる複数の独立した測定コイルを使用することにより、導電率分布の変化に最も敏感である、電圧を測定するための新しい測定コイル配列を有するシステムを提供する。
【００３１】
図２は、本発明による測定コイル配列２００の実施例の概略図である。
【００３２】
この測定コイル配列は、実質的に同じ平面に位置決められた複数の独立したコイルを有する。この実施例において、測定コイル配列は４つの独立したコイル２０１、２０２、２０３及び２０４を有する。
【００３３】
前記コイルは、異なる形状でもよく、例えばこれらコイルが扇形又は矩形形状であってもよい。それ故に、コイルにより囲まれる範囲は、別の応用に適応させるために、実質的に同じ又は異なってもよい。
【００３４】
前記コイルは、プリント基板（ＰＣＢ）上に印刷され、サンプリングチャンネルは、各測定コイルからの測定データを読み取るのに使用されるのが有利である。
【００３５】
従来の単一の測定コイルに取って代わるために、平面に位置決められる複数の独立した測定コイルを用いることにより、対象物体の導電率分布の変化により生じる二次磁場の変化は独立して計算されることができる。
【００３６】
図３は、本発明によるシステム３００の実施例の概略図である。
【００３７】
このシステム３００は、一次磁場を発生させるように構成される送信コイル３１２、３１４を有する。一次磁場は、対象物体３０１内に渦電流を誘導する。この対象物体３０１は、人間の頭部でもよいし、導電性材料の塊でもよい。例えば、送信コイル３１２、３１４は、一次磁場を発生させるために、交流電流が供給される。
【００３８】
システム３００はさらに、一次磁場に応じて、前記対象物体により生じる二次磁場により誘導される電気信号を測定するように構成される少なくとも１つの測定コイル配列３１５、３１７を有する。特に、この二次磁場は、一次磁場により誘導される、対象物体内の渦電流により生じる。各々の測定コイル配列は、図２に示されるような平面に位置決められる複数の測定コイルを有する。送信コイル３１２、３１４及び測定コイル配列３１５、３１７は、ラック３０３上に配されてもよい。
【００３９】
システム３００はさらに、例えばコイルにかかる誘導電圧のような測定した電気信号に基づいて画像を再構成するように構成されるプロセッサ３２０を有する。このプロセッサ３２０の詳細な実施は、図２及び図３を参照して以下に説明される。
【００４０】
図３に示されるように、前記プロセッサは、対象物体の導電率分布の変化の前後に、測定コイルの第１及び第２の電気信号を測定するために、これら複数の測定コイルの各々を制御するように構成される制御ユニット３２２を有する。
【００４１】
これは、各コイルが例えば測定コイルに誘導される電圧のような第１の電圧及び第２の電気信号を測定することを意味している。第１及び第２の電圧間の差分電圧は、対象物体の導電率分布の変化から生じる。
【００４２】
前記測定コイルが図２に示されるように４つの測定コイルを持つ場合、４つのグループの測定値、Ｖ１ｉ及びＶ２ｉ、ｉ＝1、２、３、４、が存在し、Ｖ１ｉ及びＶ２ｉは、導電率分布の変化の前後に測定した電圧を示す。普通Ｖ１ｉ及びＶ２ｉは、一次及び二次磁場により誘導される電圧の夫々の合計である。
【００４３】
測定の制御は、測定データを制御するためのハードウェアの構成に依存して、逐次的に、すなわち各コイルが１つずつ測定する、若しくは並行して、すなわち全てのコイルが同時に測定する、のでもよいことに注意すべきである。
【００４４】
誘導電圧が導電率分布の変化により敏感である測定コイルを選択／特定する様々な方法が存在している。各測定に対する導電率分布の変化に対する測定した電圧の感度は、
【数６】
2012501779.tif 000008
と規定されることができる。ここでΔＶｉ＝Ｖ２ｉ−Ｖ１ｉは、導電率分布の変化に対応する電圧の変化を示す。
【００４５】
二次磁場の変化により生じる電圧ΔＶｉは、測定した電圧Ｖ１ｉ又はＶ２ｉに比べ非常に小さいので、感度Ｓｉは１０７と小さくできる。各コイルにより囲まれる形状及び範囲が実質的に同じである場合、異なるコイルのＶ１ｉの間にある差分は非常に限られ、そのような状況において、ΔＶｉは、感度を示すのに使用されることができる。
【００４６】
ある実施例において、プロセッサはさらに、複数の測定コイルから１つの測定コイルを選択するように構成される第１の選択ユニット３２４を有し、この選択した測定コイルは、第１及び第２の電圧間の差分電圧と前記コイルにかかる第１の電圧との比の最大の絶対値を持つ。これは、このＳｉの最大の絶対値を持つ測定コイルが選択されることを意味する。
【００４７】
他の実施例において、プロセッサはさらに、複数の測定コイルから１つの測定コイルを選択するように構成される第２の選択ユニット３２５を有し、この選択した測定コイルは、前記コイルにかかる第１及び第２の電圧間の差分電圧の最大の絶対値を持つ。これは、ΔＶｉの最大の絶対値を持つ測定コイルが選択されることを意味する。
【００４８】
さらに他の実施例において、プロセッサは、選択した測定コイルに対応する差分電圧ΔＶｉに基づいて、対象物体の導電率分布の変化を計算するように構成される第１の計算機３２６も有する。
【００４９】
対象物体の導電率分布の変化の計算は、既知の画像再構成理論に従ってよく、例えば導電率の計算及び画像の再構成の方法は、先行技術文献"Image reconstruction approaches for Philips magnetic induction tomograph", M. Vauhkonen, M. Hamsch and C.H. Igney, ICEBI 2007, IFMBE Proceedings 17, pp. 468-471, 2007に開示されている。
【００５０】
パラメタの組は、以下の等式、例えば述べた先行技術における数式（８）
【数７】
2012501779.tif 000009
に従って計算されることができ、ここでＷは重み行列、αは正則化パラメタ、Ｌは正則化行列、Ｊは複素ヤコビ行列(complex Jacobian matrix)の虚部、及びΔＶｉは、Ｖ１ｉとＶ２ｉと間の差分電圧であり、導電率分布の変化に対応している。
【００５１】
他の実施例において、プロセッサはさらに、複数の第１及び第２の電圧から得られる複数の重み付けられた差分電圧に基づいて、対象物体の導電率分布の変化を計算するように構成される第２の計算機３２８を有する。この導電率分布の変化の計算において、
【数８】
2012501779.tif 000010
は、数式（５）においてΔＶｉに取って代わって使用される。ここでＭは測定コイル配列における測定コイルの数であり、例えば図２に示される測定コイル配列に使用する場合、Ｍ＝４である。このようにして、複数の測定コイルにより得られる全ての測定は、導電率分布の変化の計算に貢献している。前記重みパラメタｗｉは、この方法で計算されることができる。
【数９】
2012501779.tif 000011
【００５２】
再構成のための新しいヤコビ行列を得るために、ヤコビ行列はｗｉでも重み付けられる。
【００５３】
図４は、本発明による方法の概略的なフローチャートである。
【００５４】
本発明によれば、前記方法は、少なくとも１つ以上の送信コイル３１２、３１４を用いて一次磁場を発生させるステップ４１０を有し、この一次磁場は、対象物体３０１に渦電流を誘導する。
【００５５】
前記方法はさらに、平面２００に位置決められる複数の測定コイル２０１、２０２、２０３、２０４を有する少なくとも１つの測定コイル配列３１５、３１７を使用することにより、画像を再構成するための、前記渦電流により生じる二次磁場により誘導される信号を測定するステップ４２０を有する。
【００５６】
前記方法はさらに、画像を再構成するための、対象物体の導電率分布の変化の前後に第１及び第２の電圧Ｖ１ｉ、Ｖ２ｉを測定するために、複数の測定コイルの各々を制御するステップ４３０を有することが有利である。
【００５７】
ある実施例において、前記方法はさらに、複数の測定コイルから１つの測定コイルを選択するステップ４４０を有し、この選択した測定コイルは、第１及び第２の電圧間の差分電圧と前記第１の電圧との比の最大の絶対値を持つ。
【００５８】
他の実施例において、前記方法はさらに、複数の測定コイルから１つの測定コイルを選択するステップ４４０'を有し、この選択した測定コイルは、第１及び第２の電圧間の差分電圧の最大の絶対値を持つ。ステップ４４０'は、ステップ４４０に取って代わって実施されることができる。
【００５９】
前記方法はさらに、数式（５）を使用して、前記選択した測定コイルに対応する差分電圧に基づいて、前記対象物体の導電率分布の変化を計算するステップ４５０を有する。
【００６０】
他の実施例において、前記方法はさらに、複数の第１及び第２の電圧から得られる複数の重み付き差分電圧に基づいて、前記対象物体の導電率分布の変化を計算するステップ４５０'を有する。このような状況において、
【数１０】
2012501779.tif 000012
は、導電率分布の変化を計算するために数式（５）においてΔＶｉに取って代わって使用される、すなわちステップ４５０'はステップ４５０に取って代わって実施され、前記方法は、ステップ４３０からステップ４５０'に直接進む。
【００６１】
測定コイルの選択及び/又は導電率分布の変化の計算は、コンピュータプログラムによって及び/又はハードウェア及びソフトウェアと組み合わせて有利に実施され得ることに注意すべきである。
【００６２】
上述した実施例が本発明を制限するのではなく説明していること、及び当業者は添付の特許請求の範囲から外れることなく代替の実施例を立案することができることにも注意すべきである。請求項において、括弧の間にある如何なる参照記号もこの請求項を制限するとは解釈しない。動詞「有する」及びそれの語形変化の使用は、請求項及び明細書に述べられる要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。複数あることを述べないことは、それら要素が複数あることを排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素及びプログラムされたコンピュータを有するハードウェアを用いて実施されることができる。幾つかの手段を列挙しているシステムに関する請求項において、これら手段の幾つかがハードウェア又はソフトウェアの同じアイテムにより具現化されることができる。第１、第２及び第３、等の用語の使用は、何れかの順序を示しているのではない。これら用語は名前として解釈されるべきである。
【図１】
2012501779.tif 000013
【図２】
2012501779.tif 000014
【図３】
2012501779.tif 000015
【図４】
2012501779.tif 000016
【国際調査報告】
2012501779.tif 000017
2012501779.tif 000018
2012501779.tif 000019