一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备制造技术

本发明专利技术公开了一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备，包括：一对发射线圈、一对接收线圈、电流激励装置、扫描驱动装置、数据采集装置及成像处理装置；扫描驱动装置带动线圈沿圆周轨迹运动；每个圆周轨迹包括多个停留点位；电流激励装置用于当线圈停在停留点位时，向发射线圈施加电流，一个发射线圈中的电流幅度逐步增加，另一个同步减小，电流幅度每调整一次经历半个余弦振荡周期；数据采集装置在每半个余弦振荡周期内采集接收线圈的感应电压，作为采集的信号；成像处理装置根据圆周轨迹内各停留点位上所采集信号的目标特征，为成像目标进行磁粒子浓度空间分布成像。本发明专利技术具有较大的成像视野和较高的图像空间分辨率，可用于人体临床扫描成像。床扫描成像。床扫描成像。

【技术实现步骤摘要】
一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备


[0001]本专利技术属于磁粒子成像
，具体涉及一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备。

技术介绍

[0002]临床医学成像技术主要分为两类：一类是结构成像，一类是功能成像。其中，结构成像主要是显示出人体内部的器官和组织结构，成像方法有超声，磁共振成像，CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)等。功能成像是显示出血管、器官、组织和细胞的功能，成像方法有DSA(Digital Subtraction Angiography，数字减影血管造影)、PET(Positron Emission Computed Tomography，正电子发射型计算机断层显像)、SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography，单光子发射计算机断层成像术)以及CTA(CT angiography，CT血管造影)等技术。
[0003]医学功能成像通常需要往生物体注射示踪剂。示踪剂如果本身带有放射性，可以直接用探测器进行成像，如PET和SPECT技术。示踪剂如果本身不带放射性(如含碘的造影剂)，则必须需要通过X光扫描进行成像，如CTA和DSA技术。因此，无论示踪剂是否带有放射性，这两类成像方式都不可避免地对病患和医生造成一定的电离辐射危害。
[0004]磁粒子成像是一种没有电离辐射的功能成像技术。磁粒子是超顺磁性氧化铁纳米颗粒，其尺寸范围为10nm～60nm。磁粒子通过肝脏进行代谢，对肾脏没有负担，是一种更为安全的示踪剂。并且，磁粒子成像不使用X光实现成像，没有电离辐射的危害。
[0005]磁粒子成像的基本原理是成像目标内分布的磁粒子可随外部激励磁场的变化产生出高频的谐波信号；通过接收线圈采集这些信号，利用图像重建的方法便可以得到磁粒子浓度的空间分布图像，该图像便可显示出成像目标的内部影像。
[0006]现有的磁粒子成像技术需要逐点检测或逐线检测成像目标内部的磁粒子浓度信息。为了得到这些特定的点或线处的磁粒子浓度信息，需要采用梯度线圈产生一个磁场自由区，该磁场自由区可以是一个点区域(磁场自由点)，也可以是一根线(磁场自由线)。磁场自由区内的磁粒子被额外的激励磁场驱动着产生高频的谐波信号，对接收线圈的感应电压产生贡献，而磁场自由区外面的磁粒子被强磁场束缚住，不能被激励磁场驱动，对接收线圈的感应电压则没有贡献。这样，每次采集的信号只来源于当前位置的磁场自由区，信号强度仅取决于当前磁场自由区内的磁粒子浓度。
[0007]然而，改变磁场自由区的位置需要借助额外的聚焦场或驱动场，使得整个成像设备规模和功耗都比较大。并且，为了提高成像图像的分辨率，需要磁场自由区足够小，这就需要大功率器件来产生足够大的电流来产生大的梯度场；此外，磁场自由区越小，对整个成像目标进行成像就需要采集更多的点，导致扫描时间变长，而扫描时间的增加又增大了磁粒子的弛豫效应，使得磁场自由区的移动发生滞后和延迟，造成最终的成像图像变得模糊。以上种种因素，使得现有磁粒子成像技术在20cm的视野下，图像分辨率只能达到5mm，目前仅能应用于老鼠般大小的目标的成像。而对人体目标进行成像的扫描视野通常需要20cm～
50cm，现有的磁粒子成像技术无法做到。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0009]一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备，包括：一对发射线圈、一对接收线圈、电流激励装置、扫描驱动装置、数据采集装置以及成像处理装置；其中，
[0010]所述发射线圈和所述接收线圈均为圆形霍姆霍兹线圈；两个所述发射线圈的位置相对，两个所述接收线圈分别靠近两个所述发射线圈对称放置，四个所述圆形霍姆霍兹线圈的轴向方向重合，形成位置相对的两组收发线圈；
[0011]所述扫描驱动装置，用于带动所述两组收发线圈沿一个或多个圆周轨迹进行运动；其中，每个所述圆周轨迹均以成像目标的中心为圆心、且以所述两组收发线圈的间距为直径；每个圆周轨迹内的运动过程均包括多个停留点位；
[0012]所述电流激励装置，用于当所述两组收发线圈停在每个停留点位时，向两个所述发射线圈施加同向交变电流以产生非均匀、非线性空间变化的激励磁场，其中，一个所述发射线圈中的电流幅度按照预设的步进逐步增加，另一个所述发射线圈中的电流幅度同步减小，电流幅度每调整一次经历半个余弦振荡周期；
[0013]所述数据采集装置，用于在每半个余弦振荡周期内连续多次采集两个所述接收线圈上的感应电压，作为该半个余弦振荡周期内采集的信号；
[0014]所述成像处理装置，用于根据至少一个圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征，为所述成像目标进行磁粒子成像。
[0015]可选地，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量。
[0016]可选地，所述成像处理装置，具体用于：
[0017]根据至少一个圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征和系统矩阵，利用图像重建的方法为所述成像目标进行磁粒子成像；
[0018]其中，所述系统矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在所述激励磁场作用下所产生信号的目标特征的空间分布。
[0019]可选地，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量；所述至少一个圆周轨迹，包括：一目标圆周轨迹；
[0020]所述成像处理装置，包括：信号特征提取模块、数据重建模块以及二维图像重建模块；
[0021]所述信号特征提取模块，用于提取所述目标圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征；
[0022]所述数据重建模块，用于根据每个停留点位上的目标特征以及所述系统矩阵，重建出对应于该停留点位的、包含所述成像目标的磁粒子浓度信息的一维投影分布数据；
[0023]所述二维图像重建模块，用于根据所述目标圆周轨迹内各个停留点位上的一维投影分布数据，利用滤波反投影重建的方法，重建出所述成像目标沿成像方向投影的二维磁粒子浓度分布图像；其中，所述成像方向垂直于所述目标圆周轨迹所在的平面。
[0024]可选地，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量；所述多个圆周
轨迹包括：所在的平面平行于三维坐标系下的第一平面的第一圆周轨迹、所在的平面与所述第一平面之间有夹角的第二圆周轨迹、所在的平面与三维坐标系下的第二平面之间有夹角的第三圆周轨迹，以及所在的平面与所述第一平面、所述第二平面均有夹角的第四圆周轨迹；其中，所述第一平面为三维坐标系下的XY平面、YZ平面或者XZ平面，所述第二平面为所述XY平面、所述YZ平面以及所述XZ平面三者中非所述第一平面的任一平面；
[0025]所述成像处理装置，包括：信号特征提取模块、数据重建模块、二维图像重建模块以及层析合成模块；
[0026]所述信号特征提取模块，用于针对每个圆周轨迹，提取该圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备，其特征在于，包括：一对发射线圈、一对接收线圈、电流激励装置、扫描驱动装置、数据采集装置以及成像处理装置；其中，所述发射线圈和所述接收线圈均为圆形霍姆霍兹线圈；两个所述发射线圈的位置相对，两个所述接收线圈分别靠近两个所述发射线圈对称放置，四个所述圆形霍姆霍兹线圈的轴向方向重合，形成位置相对的两组收发线圈；所述扫描驱动装置，用于带动所述两组收发线圈沿一个或多个圆周轨迹进行运动；其中，每个所述圆周轨迹均以成像目标的中心为圆心、且以所述两组收发线圈的间距为直径；每个圆周轨迹内的运动过程均包括多个停留点位；所述电流激励装置，用于当所述两组收发线圈停在每个停留点位时，向两个所述发射线圈施加同向交变电流以产生非均匀、非线性空间变化的激励磁场，其中，一个所述发射线圈中的电流幅度按照预设的步进逐步增加，另一个所述发射线圈中的电流幅度同步减小，电流幅度每调整一次经历半个余弦振荡周期；所述数据采集装置，用于在每半个余弦振荡周期内连续多次采集两个所述接收线圈上的感应电压，作为该半个余弦振荡周期内采集的信号；所述成像处理装置，用于根据至少一个圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征，为所述成像目标进行磁粒子成像。2.根据权利要求1所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量。3.根据权利要求1所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述成像处理装置，具体用于：根据至少一个圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征和系统矩阵，利用图像重建的方法为所述成像目标进行磁粒子成像；其中，所述系统矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在所述激励磁场作用下所产生信号的目标特征的空间分布。4.根据权利要求3所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量；所述至少一个圆周轨迹，包括：一目标圆周轨迹；所述成像处理装置，包括：信号特征提取模块、数据重建模块以及二维图像重建模块；所述信号特征提取模块，用于提取所述目标圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征；所述数据重建模块，用于根据每个停留点位上的目标特征以及所述系统矩阵，重建出对应于该停留点位的、包含所述成像目标的磁粒子浓度信息的一维投影分布数据；所述二维图像重建模块，用于根据所述目标圆周轨迹内各个停留点位上的一维投影分布数据，利用滤波反投影重建的方法，重建出所述成像目标沿成像方向投影的二维磁粒子浓度分布图像；其中，所述成像方向垂直于所述目标圆周轨迹所在的平面。5.根据权利要求3所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：石文，
申请(专利权)人：石文，
类型：发明
国别省市：