一种基于Halbach阵列与鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪制造技术

本发明专利技术涉及一种基于Halbach阵列与鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪，属于医学成像检测技术领域。该磁粒子成像扫描仪包括Halbach四极环、鸟笼线圈和差分接收线圈。其中Halbach四极环位于鸟笼线圈外侧，用于产生磁粒子成像扫描仪的选择场，鸟笼线圈位于差分接收线圈外侧，用于产生磁粒子成像扫描仪的驱动场，使磁场自由点在特定轨迹上移动，以达到成像所需的扫描要求，差分接收线圈位于磁粒子成像扫描仪成像目标区域的外侧，用于接收磁粒子成像信号。本发明专利技术具有结构简单、成本低、检测精度高、可调整行和高度灵活性等优点，能够实现人体各部位的磁粒子成像扫描。粒子成像扫描。粒子成像扫描。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Halbach阵列与鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪


[0001]本专利技术属于医学成像检测
，涉及一种基于Halbach阵列和鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪。

技术介绍

[0002]磁粒子成像(Magnetic Particle Imaging，MPI)是一种没有电离辐射的功能成像技术，作为一种新型的医学成像方式，其于2005年提出。MPI使用临床认证的超顺磁性氧化铁纳米颗粒作为示踪剂，磁纳米粒子的磁核尺寸在10～60nm的范围，随着激励磁场的变化，能够产生出高频谐波信号。MPI成像主要是利用选择场产生一个磁场自由区，利用聚焦场快速移动磁场自由区，并利用激励场(驱动场)激发磁场自由区内的磁纳米粒子的磁性方位发生反转产生高频谐波信号，利用接收线圈接收高频谐波信号，通过图像重建得到磁纳米粒子的浓度在人体内的空间分布图象。由于MPI使用的磁纳米粒子不具有放射性，成像过程也无需使用X光，因而不存在任何电离辐射，对医生和患者具有更高的安全性。MPI为了得到特定点或线的信号，需要采用梯度线圈产生一个小的磁场自由区，磁场自由区可以是一个点区域(磁场自由点)，也可以是一根线区域(磁场自由线)。MPI采用逐点扫描或逐行扫描的方式，不断移动磁场自由区进行成像，每次采集的信号仅来源于特定位置的磁场自由区，信号强度取决于磁场自由区内的磁粒子浓度。
[0003]目前商业上可用的两种临床扫描仪中的一种仅通过电磁线圈产生磁场，另一种是用电磁与永磁体的组合。由于为了提高图像分辨率，需要磁场自由点足够小，或者磁场自由线足够细，如果采用电磁线圈产生磁场的方式，则需要大功耗器件来产生足够大的电流，以此产生较大的梯度磁场来满足前述的要求，这将导致设备功耗极大。如果基于永磁体产生磁粒子成像所需的磁场，能够显著节省功耗，并且提供场强、梯度足够大的选择场，但传统的使用永磁体产生选择场的磁粒子成像扫描仪，其选择场的梯度和磁场强度无法进行灵活的调节。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种实现结构简单、成本低、性能可靠、可灵活调节、功耗低的磁粒子成像扫描仪。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于Halbach阵列与鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪，包括Halbach四极环、鸟笼线圈和差分接收线圈。其中Halbach四极环位于鸟笼线圈外侧，用于产生磁粒子成像扫描仪的选择场，鸟笼线圈位于差分接收线圈外侧，用于产生磁粒子成像扫描仪的驱动场，使磁场自由点在特定轨迹上移动，以达到成像所需的扫描要求，差分接收线圈位于磁粒子成像扫描仪成像目标区域的外侧，用于接收磁粒子成像信号。
[0007]进一步，Halbach四极环包括嵌套设置的外环和内环，可通过调整外环和内环之间的旋转角度来调整选择场的梯度强度。
[0008]进一步，选择场的梯度强度通过下式计算：
[0009][0010]式中，G表示选择场的梯度强度，R表示旋转矩阵，α1、α2分别表示外环、内环的旋转角度，G1、G2分别表示外环、内环的梯度强度。
[0011]进一步，Halbach四极环产生的选择场与鸟笼线圈产生的驱动场叠加时，鸟笼线圈激励源幅值大小和空间相位的改变会产生磁场自由点轨迹。若仅改变鸟笼线圈激励源幅值的大小，则磁场自由点的轨迹为直线；若鸟笼线圈保持激励源大小不变，改变其空间相位，则磁场自由点的轨迹为圆。若在改变鸟笼线圈激励源空间相位的同时，改变其幅值的大小，则磁场自由点产生二维轨迹，当间歇性的改变激励源幅值的大小，磁场自由点的轨迹为多个半径不同的圆，且在每次改变激励源幅值大小时，磁场自由点会从一个圆移动到另一个圆(非跳跃式变化)；若连续改变激励源幅值的大小，则得到螺线型的磁场自由点轨迹。
[0012]进一步，Halbach四极环、鸟笼线圈和差分接收线圈分别采用3D打印一体化结构，磁粒子成像扫描仪的支撑壳体采用无磁性的工程塑料。
[0013]本专利技术的有益效果在于：本专利技术主体结构为Halbach四极环、鸟笼线圈以及差分接收线圈，结构简单，成本低，检测灵敏度高；同时本专利技术可通过调整四极环或鸟笼线圈来改变磁粒子扫描仪的扫描模式，具有高度灵活性和可调整性，能够实现人体各部位的磁粒子成像扫描。
[0014]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0016]图1为磁粒子成像扫描仪的整体示意图；
[0017]图2为Halbach四极环和鸟笼线圈的结构以及磁通密度示意图，其中(a)为Halbach
四极环的内、外环示意图，(b)为Halbach四极环磁通密度示意图，(c)、(d)为鸟笼线圈的示意图，(e)为鸟笼线圈磁通密度示意图；
[0018]图3为Halbach四极环的旋转示意图；
[0019]图4为第一类驱动场与选择场叠加时磁场自由点的移动轨迹；
[0020]图5为第二类驱动场与选择场叠加时磁场自由点的移动轨迹；
[0021]图6为磁场自由点的二维移动轨迹；其中(a)为间隔增加鸟笼线圈激励源幅值获得的FFP移动轨迹，(b)为连续增加鸟笼线圈激励源幅值获得的FFP移动轨迹。
具体实施方式
[0022]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0023]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0024]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0025]如图1所示，为基于Halbach阵列与鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪，该扫描仪包括Halbach四极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Halbach阵列与鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪，其特征在于：包括Halbach四极环、鸟笼线圈和差分接收线圈；所述Halbach四极环位于鸟笼线圈外侧，用于产生磁粒子成像扫描仪的选择场；所述鸟笼线圈位于差分接收线圈外侧，用于产生磁粒子成像扫描仪的驱动场；所述差分接收线圈位于磁粒子成像扫描仪成像目标区域的外侧，用于接收磁粒子成像信号。2.根据权利要求1所述的磁粒子成像扫描仪，其特征在于：所述Halbach四极环包括嵌套设置的外环和内环；通过调整外环和内环之间的旋转角度能够调整选择场的梯度强度。3.根据权利要求2所述的磁粒子成像扫描仪，其特征在于：所述选择场的梯度强度通过下式计算：式中，G表示选择场的梯度强度，R表示旋转矩阵，α1、α2分别表示外环、内环的旋转角度，G1、G2分别表示外环、内环的梯...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺中华，陈韦旭，陈煦，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：