基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备及方法技术

本发明专利技术属于磁纳米粒子成像技术领域，具体涉及了一种基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备及方法，在不提高设备复杂度的情况下，优化人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备的灵敏度

【技术实现步骤摘要】
基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备及方法


[0001]本专利技术属于人体单边磁纳米粒子成像领域，具体涉及了一种基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备及方法
。

技术介绍

[0002]在临床诊断和检测中，如何准确
、
客观的定位肿瘤及其他病灶一直是国际上的研究热点和挑战性问题
。
现有的医学影像技术如
CT
，
MRI
，
SPECT
等方法均存在危害大，定位差，精度低等问题
。
而在近些年，一种全新的基于示踪剂的成像方式
——
磁粒子成像技术（
MPI
）被提出
。
利用断层成像技术，
MPI
可以通过检测对人体无害的超顺磁氧化铁纳米颗粒（
SPIONs
）的空间浓度分布，对肿瘤或目标物进行精准定位，具有三维成像
、
高时空分辨率和高灵敏度的特点
。
此外，
MPI
不显示解剖结构并且无背景信号干扰，因此信号的强度与示踪剂的浓度直接成正比，是一种颇具医学应用潜力的新方法
。
[0003]现今的
MPI
技术还处于发展阶段，硬件上还在不断的完善，
MPI
技术的终极目标是运用到临床治疗上，而针对临床治疗，研制人体尺寸的设备将是发展的趋势
。
对于常见的闭孔式设备结构或是改进后的开放式设备结构，扩大至人体尺寸都会极大降低系统稳定性，同时提高硬件系统的复杂度
。
一种简化版本是研制单边结构的设备，然而单边设备最大问题为产生的磁场衰减速度快
、
不均匀，如需同时产生扫描人体尺寸范围的磁场，则对电磁铁或永磁铁有极高的要求，因此在降低硬件系统的复杂度的同时保证系统的稳定性和较高的性能是一个问题
。
[0004]另一方面，针对人体这样大范围的扫描，同时满足高灵敏和高时空分辨率是一个问题，对系统本身有较高的要求
。
然而在实际应用中，往往需要先定位再定量精准测量，因此如何设计系统使其满足日常的应用需求，在不提高设备硬件复杂度的情况下，实现所需的灵敏度
、
空间分辨率
、
成像速度和成像视野，成为本领域急需解决的问题
。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即不提高设备复杂度的同时提高人体单边磁纳米粒子成像的灵敏度
、
空间分辨率
、
成像速度和成像视野的问题，本专利技术提供了一种基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备，所述成像设备包括：床体单元设置于驱动单元及接收单元上方，用于承载待检测对象；驱动单元用于在扫描视场区域中心处产生磁场自由区域，并激励磁纳米粒子产生待检测对象对应的感应电压信号；接收单元接收所述感应电压信号，并滤除所述感应电压信号的直接馈通分量后进行信号放大，获得预处理信号；数据处理单元用于通过数字滤波滤除所述预处理信号的直流分量，并通过傅里叶变换将滤波后信号转换为频谱序列，基于所述频谱序列和构造的系统矩阵进行图像重建，获得待检测对象的磁纳米粒子分布，实现人体尺寸的大视野磁纳米粒子成像
。
[0006]在一些优选的实施例中，所述驱动单元包括磁场自由区发生模块
、
磁场自由区激励模块和电流发生模块；所述磁场自由区发生模块，用于在所述电流发生模块的驱动下，在扫描视场区域中心处产生磁场自由区域并驱动所述磁场自由区域移动；所述磁场自由区激励模块，用于在所述电流发生模块的驱动下，激励磁纳米粒子产生待检测对象对应的感应电压信号；所述电流发生模块与所述驱动单元的其他模块电连接，通过输出不同波形和幅值的电流来驱动所述磁场自由区发生模块和所述磁场自由区激励模块；所述磁场自由区发生模块
、
磁场自由区激励模块，其电磁线圈均使用室温超导材料
。
[0007]在一些优选的实施例中，所述磁场自由区发生模块包括第一发生线圈组和第二发生线圈组，所述第一发生线圈组和所述第二发生线圈组分别包括两个电磁线圈；所述磁场自由区域为磁场自由点或磁场自由线，当所述磁场自由区域为磁场自由线时，所述成像设备的检测灵敏度随磁场自由区域的增大而提高
。
[0008]在一些优选的实施例中，所述第一发生线圈组的两个电磁线圈为大小相同
、
绕线方向相同的处于同一
x
‑
y
平面的两个第一长条型电磁线圈；所述第二发生线圈组的两个电磁线圈为大小相同
、
绕线方向相反的处于同一
x
‑
y
平面的两个第二长条型电磁线圈；以所述第一长条型电磁线圈的长轴方向为
x
方向，以所述第二长条型电磁线圈的长轴方向为
y
方向，以电磁线圈的孔径方向为
z
方向；两个所述第一长条型电磁线圈的长轴沿
x
方向平行设置，孔径沿
z
方向，分别与所述电流发生模块连接，通过通入大小相同的电流产生磁场自由区域；两个所述第二长条型电磁线圈的长轴沿
y
方向平行设置，孔径沿
z
方向，分别与所述电流发生模块连接，通过通入大小相同的电流使所述磁场自由区域绕
z
轴旋转
。
[0009]在一些优选的实施例中，所述磁场自由区激励模块包括第一激励线圈和第二激励线圈；所述第一激励线圈与所述第一发生线圈组的电磁线圈长度相等，且所述第一激励线圈与所述第一发生线圈组平行设置，置于
x
‑
y
平面内，孔径沿
z
方向；所述第二激励线圈与所述第一发生线圈组平行设置，置于
x
‑
y
平面，孔径沿
z
方向，所述第二激励线圈的长度为所述第一激励线圈的五分之一
。
[0010]在一些优选的实施例中，所述接收单元包括信号接收模块
、
信号处理模块及数模转换模块；所述信号接收模块，包括第一接收线圈和第二接收线圈，用于接收所述感应电压信号；所述第一接收线圈和所述第二接收线圈均为电磁线圈，所述第二接收线圈为所述第一接收线圈长度的五分之一；所述第一接收线圈和所述第二接收线圈均使用室温超导材料；所述信号处理模块，包括陷波滤波器和运算放大器，所述陷波滤波器用于滤除所述感应电压信号的直接馈通分量，所述运算放大器用于进行滤波后信号的放大；所述数模转换模块，用于将放大后的信号转换为数字信号，获得预处理信号
。
[0011]在一些优选的实施例中，所述数据处理单元包括数字处理模块和图像重建模块；所述数字处理模块，用于通过数字滤波滤除所述预处理信号的直流分量，并通过傅里叶变换将滤波后信号转换为频谱序列；所述图像重建模块，用于基于所述频谱序列构造系统矩阵，并利用系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备，其特征在于，所述成像设备包括：床体单元设置于驱动单元及接收单元上方，用于承载待检测对象；驱动单元用于在扫描视场区域中心处产生磁场自由区域，并激励磁纳米粒子产生待检测对象对应的感应电压信号；接收单元接收所述感应电压信号，并滤除所述感应电压信号的直接馈通分量后进行信号放大，获得预处理信号；数据处理单元用于通过数字滤波滤除所述预处理信号的直流分量，并通过傅里叶变换将滤波后信号转换为频谱序列，基于所述频谱序列和构造的系统矩阵进行图像重建，获得待检测对象的磁纳米粒子分布，实现人体尺寸的大视野磁纳米粒子成像
。2.
根据权利要求1所述的基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备，其特征在于，所述驱动单元包括磁场自由区发生模块
、
磁场自由区激励模块和电流发生模块；所述磁场自由区发生模块，用于在所述电流发生模块的驱动下，在扫描视场区域中心处产生磁场自由区域并驱动所述磁场自由区域移动；所述磁场自由区激励模块，用于在所述电流发生模块的驱动下，激励磁纳米粒子产生待检测对象对应的感应电压信号；所述电流发生模块与所述驱动单元的其他模块电连接，通过输出不同波形和幅值的电流来驱动所述磁场自由区发生模块和所述磁场自由区激励模块；所述磁场自由区发生模块
、
磁场自由区激励模块，其电磁线圈均使用室温超导材料
。3.
根据权利要求2所述的基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备，其特征在于，所述磁场自由区发生模块包括第一发生线圈组和第二发生线圈组，所述第一发生线圈组和所述第二发生线圈组分别包括两个电磁线圈；所述磁场自由区域为磁场自由点或磁场自由线，当所述磁场自由区域为磁场自由线时，所述成像设备的检测灵敏度随磁场自由区域的增大而提高
。4.
根据权利要求3所述的基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备，其特征在于，所述第一发生线圈组的两个电磁线圈为大小相同
、
绕线方向相同的处于同一
x
‑
y
平面的两个第一长条型电磁线圈；所述第二发生线圈组的两个电磁线圈为大小相同
、
绕线方向相反的处于同一
x
‑
y
平面的两个第二长条型电磁线圈；以所述第一长条型电磁线圈的长轴方向为
x
方向，以所述第二长条型电磁线圈的长轴方向为
y
方向，以电磁线圈的孔径方向为
z
方向；两个所述第一长条型电磁线圈的长轴沿
x
方向平行设置，孔径沿
z
方向，分别与所述电流发生模块连接，通过通入大小相同的电流产生磁场自由区域；两个所述第二长条型电磁线圈的长轴沿
y
方向平行设置，孔径沿
z
方向，分别与所述电流发生模块连接，通过通入大小相同的电流使所述磁场自由区域绕
z
轴旋转
。5.
根据权利要求4所述的基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备，其特征在于，所述磁场自由区激励模块包括第一激励线圈和第二激励线圈；所述第一激励线圈与所述第一发生线圈组的电磁线圈长度相等，且所述第一激励线圈
与所述第一发生线圈组平行设置，置于
x
‑
y
平面内，孔径沿
z
方向；所述第二激励线圈与所述第一发生线圈组平行设置，置于
x
‑
y
平面，孔径沿
z
方向，所述第二激励线圈的长度为所述第一激励线圈的五分之一
。6.
根据权利要求1所述的基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备，其特征在于，所述接收单元包括信号接收模块
、
信号处理模块及数模转换模块；所述信号接收模块，包括第一接收线圈和第二接收线圈，用于接收所述感应电压信号；所述第一接收线圈和所述第二接收线圈均为电磁线圈，所述第二接收线圈为所述第一接收线圈长度的五分之一；所述第一接收线圈和所述第二接收线圈均使用室温超导材料；所述信号处理模块，包括陷波滤波器和运算放大器，所述陷波滤波器用于滤除所述感应电压信号的直接馈通分量，所述运算放大器用于进行滤波后信号的放大；所述数模转换模块，用于将放大后的信号转换为数字信号，获得预处理信号
。7.
根据权利要求1所述的基于室温超导的人体尺寸单边磁纳米粒子成像设备，其特征在于，所述数据处理单元包括数字处理模块和图像重建模块；所述数字处理模块，用于通过数字滤波滤除所述预处理信号的直流分量，并通过傅里叶变换将滤波后信号转换为频谱序列；所述图像重建模块，用于基于所述频谱序列构造系统矩阵，并利用系统矩阵和所述待检测对象的频谱序列进行图像重建，获得待检测对象的磁纳米粒子分...

【专利技术属性】
技术研发人员：田捷，卫泽琛，惠辉，朱涛，杨鑫，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：