[发明专利]根据磁传感器数据重建三维电流源

说明书

技术领域

本发明总体上涉及数据处理，具体涉及根据从磁传感器阵列获得数据来获得三维(3D)电流。

背景技术

诊断测试对于患者保健非常关键。保健专业人员需要能够对患者进行评估，以正确地诊断滋养品。诊断过程可以是侵入式或非侵入式的。因为侵入式测试带来相关风险，所以通常优选非侵入式诊断过程。非侵入式测试尤其是在调查心脏和大脑等关键器官时是优选的。

非侵入式诊断测试的一种形式是磁源成像。身体中例如心脏和大脑等某些器官产生电流。这些电流在器官的神经元的同步活动中出现，并且电流产生延伸到身体外部的磁场。记录心脏产生的磁场被称为磁心动描记法(MCG)，记录大脑产生的磁场被称为脑磁描记法(MEG)。

使用这些磁场作为诊断工具存在挑战性问题。第一，虽然这些磁场延伸到身体外部，但是它们典型地非常微弱，需要极其灵敏的测量设备。例如，可以靠近感兴趣的器官放置超导量子干涉器件(SQUID)检测器阵列，以检测磁场。

第二，一旦获得了测量数据，下一个障碍是使数据有意义。先前的若干尝试使用了这种测量数据。MCG传感器数据已用于开发二维(2D)图像。其他的数据使用包括显示磁场映射，这示出了在特定测量点和精确时刻获得的磁场的分布。

已经尝试了重建感兴趣器官的电流分布，然而，要得到这一结果，必须解决逆向问题。即，在给定得到的磁场的情况下，必须尝试确定器官的什么系统的电流源产生该磁场。解决这一逆向问题非常复杂，为了降低复杂度，许多在前尝试已经简化了该逆向问题，以获得结果。然而，简化倾向于获得不太准确或不完整的结果。因此，重要的是磁源成像方案尽可能精确地对器官建模。

发明内容

磁源成像(MSI)包括从测量的磁场数据重建器官中的电流源。测量的磁场数据可以来自一维或三维传感器。本发明的方面包括在给定磁数据的情况下重建例如心脏或大脑等器官的一部分身体的电流的系统和方法。在实施例中，在知道或估计传感器平面相对于患者的位置或偏移，以形成线性方程组的情况下，实现三维电流源的重建。备选地，在不知道传感器平面相对于患者的偏移的情况下，实现三维电流源的重建。在实施例中，迭代地使用线性和非线性方程系，来获得电流源信息。在实施例中，采用多尺度策略。

在实施例中，一种用于重建一部分身体的电流分布的方法包括：将该部分身体表示为边界区域内的电流偶极子集合，每个电流偶极子具有在该边界区域内定义的位置；以及将传感器阵列处的磁场表示为电流偶极子集合的幅度和取向以及针对边界区域与传感器阵列之间的偏移的值的线性方程组。在给定偏移的情况下，可以求解线性系以获得电流信息。

在不知道或假设偏移的实施例中，传感器阵列中的磁场表示为电流偶极子集合的幅度和取向以及传感器阵列相对于边界区域的偏移的非线性方程组。通过设置该偏移的值并使用线性方程组和该偏移值来获得电流偶极子集合的幅度和取向，获得电流偶极子信息。将从线性方程组获得的电流偶极子信息输入到非线性方程组中，以获得更新的偏移。该过程进行迭代，直到满足停止条件为止。

在实施例中，停止条件可以包括如下中的至少一个：偏移与更新的偏移之间的差小于阈值；已经进行了一定次数的迭代；解在发散；以及测量重建误差小于阈值量。

在实施例中，使用Levenberg-Marquardt方法求解非线性方程组，以获得更新的偏移。

在实施例中，当求解更新的偏移时，使用参数来帮助改善朝着全局最优值的收敛。例如，在实施例中，使用仿真退火来帮助更新值朝着非局部最优收敛。

在实施例中，传感器阵列中的传感器包括一维传感器，非线性方程组和线性方程组各自均包括一维方程组。

在实施例中，可以使用电流偶极子信息对受检查的一部分身体建模。在实施例中，可以图形化地描绘所建模的身体的电流偶极子信息。在实施例中，可以使用电流偶极子信息来协助诊断和/或治疗。

在实施例中，可以采用多尺度策略，其中在迭代时，通过再划分电流偶极子区域中的至少一些区域，增加电流偶极子的数目。在实施例中，只再划分电流足够强的那些区域。

这里提供的方法可以包含在计算机程序产品中，该计算机程序产品包括存储一个或多个指令序列的至少一个计算机可读介质，其中通过一个或多个处理器执行一个或多个指令序列，使一个或多个处理器执行计算机实现的用于重建一部分身体的电流分布的方法。

本发明的实施例包括用于根据磁数据获得电流信息的计算机系统或多个计算机系统。