CN102073024A - 一种手持式超低场mri的成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手持式超低场MRI的成像装置，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括智能手持设备、极化线圈模块、梯度线圈模块、接收线圈模块和磁通量探测头，软件部分设于智能手持设备上，还包括探头外壳；极化线圈模块、梯度线圈模块、接收线圈模块和磁通量探测头均设于探头外壳内部；软件部分包括磁场参数变换模块和图像重建模块。磁场参数变换模块将磁通量探测器探测到的不规则磁场参数变换为适合使用现有磁共振成像算法的磁场参数，利用现有的磁共振成像算法重建图像，从而将极化线圈模块、梯度线圈模块与接收线圈模块、磁通量探测头封装在一起，处于被检测物体同一侧，实现MRI系统的手持化，可替代0.1～1T永磁MRI设备，适合中小型医院使用。

Description

一种手持式超低场MRI的成像装置

技术领域

本发明涉及磁共振成像装置，尤其涉及一种手持式超低场MRI的成像装置。

背景技术

现有的MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)，其硬件设备主要包括计算机、磁体(或极化线圈)、梯度线圈、激励线圈、磁通量探头、接收线圈、数据获取模块、主控制模块、电力控制模块和接口模块。其中，激励线圈放置在接近被测物体的位置，用于产生对被测试物体不同部位的激励信号；磁体(或极化线圈)和梯度线圈均匀布置在被测物体的周围，用于产生规则的磁场；电力控制模块与数据获取模块、主控制模块和磁通量探头都电连接；接收线圈用于接收被测物体的磁共振信号，接收线圈的输出端与磁通量探头的输入端连接，磁通量探头的输出端与数据获取模块的输入端连接，数据获取模块的输出端与主控制模块的输入端连接，主控制模块的输出端与接口模块连接，接口模块与计算机连接。通过极化线圈和梯度线圈产生规则的磁场，使被测物体中的原子极化，按规则排列，再通过激励线圈对被测物体发出激励信号，使被测物体中规则排列的原子产生自旋而发出磁共振信号，磁共振信号由接收线圈接收后，经磁通量探头转化为电信号，并通过上述电路模块处理后传送给计算机，在计算机上采用现有的磁共振成像算法，重建被测物体的图像。

MRI在临床实用中主要有永磁型和超导型：永磁型MRI价格较低，可达到临床检查的效果，但体积重量庞大，其中的磁体需大量采用价格昂贵的稀土材料。

超导型MRI，目前是性能最好磁共振成像技术，但由于其磁通量探测器采用了需要在超低温下才能工作的超导磁体材料，需工作在超低温环境下，日常工作、维护需大量使用昂贵的液氦制冷剂，体积也非常庞大，不适合采购及日常预算不多的中小医院。

由此可见，现有的永磁型MRI和超导型MRI结构都比较庞大，不适合做手持式设备，而且需要在电磁屏蔽室内操作。

但是，如果将MRI整机缩小到可以手持的范围，势必造成极化线圈和梯度线圈处于被检测物体的同一侧，其产生的磁场与标准的磁场有很大区别，各线圈产生的磁场出现重叠，很不规则，使得无法利用现有的超低场MRI磁共振成像算法进行重建图像，这是一个难以突破的地方。由于算法上的限制，使得无法将极化线圈、梯度线圈和磁通量探测器封装在一起，不能紧凑布局，无法实现MRI系统的手持化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种手持式超低场MRI的成像装置，这种手持式超低场MRI的成像装置能够利用现有的超低场MRI磁共振成像算法，实现MRI系统的手持化。采用的技术方案如下：

一种手持式超低场MRI的成像装置包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括智能手持设备、极化线圈模块、梯度线圈模块、接收线圈模块和磁通量探测器，软件部分设于智能手持设备上，其特征是：还包括探头外壳；所述极化线圈模块、梯度线圈模块、接收线圈模块和磁通量探测器均设于探头外壳内部；所述软件部分包括磁场参数变换模块和图像重建模块。

上述智能手持设备指笔记本电脑、智能手机和平板电脑等，具有强大图像显示、处理能力。

一般情况下，超低场MRI的成像装置还包括激励线圈模块、冷却模块、数据获取模块、主控制模块、电力控制模块和接口模块，这些都是常用的模块，模块的构成及连接都相对固定，都属于现有的技术。其中，极化线圈模块和梯度线圈模块均与电力控制模块电连接，电力控制模块与数据获取模块、主控制模块和磁通量探测器都电连接，接收线圈模块与磁通量探测器的输入端电连接，磁通量探测器输出端与数据获取模块的输入端电连接，数据获取模块的输出端与主控制模块的输入端电连接，主控制模块的输出端与接口模块电连接。优选激励线圈模块和冷却模块封装在探头外壳内部。

激励线圈模块由一个或多个激励线圈构成，用于对被测物体产生激励信号；极化线圈模块由多个极化线圈构成，用于产生极化场，使被测物体内部的原子按规则排列；梯度线圈模块由至少三个梯度线圈构成，用于产生梯度场；主控制模块发出各种信号，协调各模块的工作，电力控制模块根据主控制模块的信号用于为各模块提供电源；接收线圈模块用于接收被测物体的磁共振信号；磁通量探测器用于获得来自接收线圈模块的磁共振信号，并将磁共振信号转化为电信号；数据获取模块包括依次电连接的预放大器、锁相放大器、后放大器和A/D转换器，在锁相放大器处还连接有振荡器，数据获取模块将电信号转换为数字信号；接口模块通过局域网将数字信号传送给智能手持设备。数据获取模块、主控制模块、电力控制模块和接口模块可以设置在探头外壳的外部，并封装在一起。优选将数据获取模块、主控制模块、电力控制模块和接口模块均设置在探头外壳的内部。接口模块可以是有线网络接口，也可以是无线网络接口，在设置为无线网络接口的情况下，在探头外壳内部还应设置一个为无线网络接口供电的电池模块；优选接口模块包括有线网络接口和无线网络接口，既可以通过有线方式与智能手持设备连接，也可以通过无线方式与智能手持设备连接。

本发明的手持式超低场MRI的成像装置，在激励原理、磁共振信号获取及成像原理上均与现有技术相同，所不同的是：将极化线圈模块、梯度线圈模块、接收线圈模块和磁通量探测器均封装在探头外壳里面，造成极化场和梯度场不规则，导致无法使用现有的磁共振成像算法重建图像这一问题，本发明的解决方法是：基于封装后极化线圈模块、梯度线圈模块和接收线圈模块的位置固定，所产生的极化场、梯度场便确定这一原理，在软件部分设置磁场参数变换模块，通过磁场参数变换模块将磁通量探测器探测到的不规则磁场参数变换为适合使用现有磁共振成像算法(规则磁场情况下的磁共振成像算法)的磁场参数，图像重建模块采用变换后的磁场参数及现有磁共振成像算法重建图像。通过设置磁场参数变换模块将磁通量探测器探测到的不规则磁场参数变换为适合使用现有磁共振成像算法的磁场参数，利用现有的磁共振成像算法重建图像，解决了极化线圈模块、梯度线圈模块与接收线圈模块、磁通量探测器处于被检测物体同一侧，造成极化场和梯度场不规则，导致无法使用现有的磁共振成像算法重建图像这一问题，实现MRI系统的手持化，可替代0.1～1T永磁MRI设备，适合中小型医院使用。

为了达到更好精确的成像效果，作为本发明的优选方案，其特征是：还包括磁屏蔽罩，磁屏蔽罩设于探头外壳中，磁屏蔽罩的底部设有开口，开口与探头外壳的底部连接；所述接收线圈模块和磁通量探测器均设于磁屏蔽罩中，接收线圈模块安装在磁屏蔽罩的开口处。

为了达到精确重建图像的目的，作为本发明进一步的优选方案，所述磁通量探测器采用SQUID。SQUID(SuperconductingQuantum Interference Device，超导量子干涉器)作为目前世界上灵敏度最高的磁通量探测器，体积非常小，适合用于制成手持式超低场MRI系统。

为了达到变换简单的目的，作为本发明进一步的优选方案，其特征是：在所述磁场参数变换模块中，将梯度场中的被测物体划分为n个正方体体素，用点P_n代表，坐标(x，y，z)_n；接收由SQUID所获得的n个正方体体素经激励后时刻t磁通总量B(t)；根据拉莫公式ω₀＝γ.β₀求出各点的进动频率ω_n；根据傅立叶变换，将B(t)和ω_n代入公式

中，得到各个点的磁通瞬时值B_n。因为极化线圈模块和梯度线圈模块的位置确定，其产生的磁场空间位置就唯一确定，所以，在傅立叶的变换范围内，将SQUID探测到的不规则磁场参数变换为适合使用现有磁共振成像算法的磁场参数。具体变换方法如下：将梯度场中的被测物体划分为n个正方体体素，用点P_n代表，坐标(x，y，z)_n；通过梯度线圈空间排布，使各点外部场强β各不相同；经激励后时刻t沿测量方向磁通瞬时值为B_n，进动频率为ω_n，根据拉莫(Larmor)公式ω₀＝γ.β₀(其中ω₀：进动频率；γ：旋磁比；β₀：外磁场强度；γ由物质的特性决定，为固定值；β₀可以通过磁通计测出)，求出各点的进动频率ω_n；由SQUID所获得的n个正方体体素经激励后时刻t磁通总量B(t)，根据傅立叶变换可得，

将已计算出n个点的ω_n代和已测出的B(t)入上式，可得到各个点的B_n，其唯一对应于P_n的坐标(x，y，z)_n。只要知道各点进动频率ω_n，且ω_n和空间坐标(x，y，z)_n唯一对应，B_n反映该点上物质的磁共振特性(如质子密度、T1、T2等)。不规则磁场和规则磁场获得各点B_n的公式相同，区别只在于规则磁场每点的外部场强β可根据坐标(x，y，z)_n直接通过简单几何比例关系获得，而不规则磁场每点的外部场强β通过直接计算比较繁琐，简化的方法可以通过磁通计，在机器安装好后把测量区域内各点的不同的β，标定一次保存起来，用于以后多次测量的计算。

为了达到动态三维成像的目的，作为本发明进一步的优选方案，其特征是：对至少三个梯度线圈进行几何编码，使待测物体每个体素单元都处于不同的频率、相位、激励层中，在软件部分的磁场参数变换模块中对一个空间体积内所获取的磁共振信号均进行磁场参数变换，并连续重复该操作。通过每次同时获取一个空间体积内所有的磁共振反馈信号，通过磁场参数变换，连续重复该操作，就可以实时重建出物体的动态三维灰度图像，优选磁场参数变换的方式采用傅立叶变换。

为了达到便于用户使用的目的，作为本发明进一步的优选方案，其特征是：所述软件部分的操作界面兼容传统MRI的操作界面。由于传统磁共振MRI的用户，可能不熟悉超低场MRI成像的图像意义，软件中提供了兼容适配模式，将超低场MRI的操作界面，包括参数在内，全部让用户以其熟悉的传统磁共振MRI的参数形式输入，系统内部将其无缝转化为超低场MRI所需参数，并在最后显示的时候，将图像处理成传统磁共振MRI类似的形式，如果用户需要，也可以还原为具备超低场MRI独特信息的图像。

本发明的手持式超低场MRI的成像装置通过设置磁场参数变换模块将磁通量探测器探测到的不规则磁场参数变换为适合使用现有磁共振成像算法的磁场参数，利用现有的磁共振成像算法重建图像，解决了极化线圈模块、梯度线圈模块与接收线圈模块、磁通量探测器处于被检测物体同一侧，造成极化场和梯度场不规则，导致无法使用现有的磁共振成像算法重建图像这一问题，实现MRI系统的手持化，可替代0.1～1T永磁MRI设备，适合中小型医院使用。

附图说明

图1本发明优选实施方式一的结构示意图

图2是数据获取模块的结构示意图

图3本发明优选实施方式一软件部分的流程图本

图4发明优选实施方式一在实际应用中的示意图

具体实施方式

下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。

实施方式一

如图1和图4所示，这种手持式超低场MRI的成像装置，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括智能手持设备1、激励线圈模块2、极化线圈模块3、梯度线圈模块4、接收线圈模块5、SQUID6、冷却模块7、数据获取模块8、主控制模块9、电力控制模块10、接口模块11和探头外壳12；冷却模块7与SQUID6接触；极化线圈模块3、梯度线圈模块4、接收线圈模块5和SQUID6均设于探头外壳12内部；接口模块11通过局域网与智能手持设备1连接；软件部分设于智能手持设备1上，软件部分包括磁场参数变换模块和图像重建模块。激励线圈模块2和冷却模块7设置在探头外壳12内部，冷却模块7与SQUID6接触；数据获取模块8、主控制模块9、电力控制模块10和接口模块11均设置在探头外壳12的内部。

这种手持式超低场MRI的成像装置还包括磁屏蔽罩13，磁屏蔽罩13设于探头外壳12中，磁屏蔽罩13的底部设有开口，开口与探头外壳12的底部连接；接收线圈模块5、SQUID6和冷却模块7均设于磁屏蔽罩13中，接收线圈模块5安装在磁屏蔽罩13的开口处。

激励线圈模块2、极化线圈模块3和梯度线圈模块4均与电力控制模块10电连接，电力控制模块10与数据获取模块8、主控制模块9和SQUID6都电连接，接收线圈模块5与SQUID6的输入端电连接，SQUID6的输出端与数据获取模块8的输入端电连接，数据获取模块8的输出端与主控制模块9的输入端电连接，主控制模块9的输出端与接口模块11电连接。

激励线圈模块2由多个激励线圈构成，用于对被测物体14产生激励信号；极化线圈模块3由多个极化线圈构成，用于产生极化场，使被测物体14内部的原子按规则排列；梯度线圈模块4由三个梯度线圈构成，用于产生梯度场；主控制模块9发出各种信号，协调各模块的工作，电力控制模块10根据主控制模块9的信号用于为各模块提供电源；接收线圈模块5用于接收被测物体14的磁共振信号；SQUID6用于获得来自接收线圈模块5的磁共振信号，并将磁共振信号转化为电信号；如图2所示，数据获取模块8包括依次电连接的预放大器15、锁相放大器16、后放大器17和A/D转换器18，在锁相放大器16处还连接有振荡器19，数据获取模块8将电信号转换为数字信号；接口模块11通过局域网将数字信号传送给智能手持设备1。

接口模块11包括有线网络接口20、无线网络接口21和电池模块22，电池模块22为无线网络接口21供电。

冷却模块7为SQUID6提供超低温的工作环境。

如图3所示，磁场参数变换模块采用傅立叶公式进行变换，将SQUID探测到的不规则磁场参数变换为适合使用现有磁共振成像算法的磁场参数。具体变换方法如下：将梯度场中的被测物体划分为n个正方体体素，用点P_n代表，坐标(x，y，z)_n；通过梯度线圈空间排布，使各点外部场强β各不相同；经激励后时刻t沿测量方向磁通瞬时值为B_n，进动频率为ω_n，根据拉莫(Larmor)公式ω₀＝γ.β₀(其中ω₀：进动频率；γ：旋磁比；β₀：外磁场强度；γ由物质的特性决定，为固定值；β₀可以通过磁通计测出)，求出各点的进动频率ω_n；由SQUID所获得的n个正方体体素经激励后时刻t磁通总量B(t)，根据傅立叶变换可得，

将已计算出n个点的ω_n代和已测出的B(t)入上式，可得到各个点的B_n，其唯一对应于P_n的坐标(x，y，z)_n。

图像重建模块根据各个点的B_n及现有磁共振成像算法，重建被测物体的图像。

软件部分的操作界面兼容传统MRI的操作界面。

如图4所示，这种手持式超低场MRI的成像装置在实际应用中的示意图，在磁屏蔽间23内，将封装后的探头24移近被检测物体14进行探测，使用非常方便。

实施方式二

在其它情况与实施方式一相同的情况下，其区别在于：对至少三个梯度线圈进行几何编码，使待测物体每个体素单元都处于不同的频率、相位、激励层中，在软件部分的磁场参数变换模块中对一个空间体积内所获取的磁共振信号均进行磁场参数变换，并连续重复该操作。

在其它实施方式中，激励线圈模块可以不封装在探头外壳内部。

Claims (6)

1.一种手持式超低场MRI的成像装置包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括智能手持设备、极化线圈模块、梯度线圈模块、接收线圈模块和磁通量探测器，软件部分设于智能手持设备上，其特征是：还包括探头外壳；所述极化线圈模块、梯度线圈模块、接收线圈模块和磁通量探测器均设于探头外壳内部；所述软件部分包括磁场参数变换模块和图像重建模块。

2.如权利要求1所述的超低场MRI的成像装置，其特征是：还包括磁屏蔽罩，磁屏蔽罩设于探头外壳中，磁屏蔽罩的底部设有开口，开口与探头外壳的底部连接；所述接收线圈模块和磁通量探测器均设于磁屏蔽罩中，接收线圈模块安装在磁屏蔽罩的开口处。

3.如权利要求1或2所述的超低场MRI的成像装置，其特征是：所述磁通量探测头采用SQUID。

4.如权利要求1或2所述的超低场MRI的成像装置，其特征是：在所述磁场参数变换模块中，将梯度场中的被测物体划分为n个正方体体素，用点P_n代表，坐标(x，y，z)_n；接收由SQUID所获得的n个正方体体素经激励后时刻t磁通总量B(t)；根据拉莫公式ω₀＝γ.β₀求出各点的进动频率ω_n；根据傅立叶变换，将B(t)和ω_n代入公式

中，得到各个点的磁通瞬时值B_n。

5.如权利要求1或2所述的超低场MRI的成像装置，其特征是：对至少三个梯度线圈进行几何编码，使待测物体每个体素单元都处于不同的频率、相位、激励层中，在软件部分的磁场参数变换模块中对一个空间体积内所获取的磁共振信号均进行磁场参数变换，并连续重复该操作。

6.如权利要求1或2所述的超低场MRI的成像装置，其特征是：所述软件部分的操作界面兼容传统MRI的操作界面。

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