CN108827996B - 一种单边核磁共振弹性成像检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于无损检测领域，涉及一种单边核磁共振弹性成像检测装置，可用于但不限用于乳腺检测，该设备包括单边磁体、成像系统和机械波激励源，所述单边磁体用于产生在垂直方向上存在恒定梯度、在水平面薄层上相对均匀的静态主磁场；所述成像系统包括射频线圈、感应耦合线圈、梯度线圈和射频屏蔽，其中射频线圈用于激励样品并检测磁共振信号，感应耦合线圈用于增大射频线圈的检测深度，梯度线圈用于空间编码和定位，射频屏蔽用于消除射频线圈与梯度线圈之间的耦合影响；所述机械波激励源用于获得磁共振弹性图；本发明结构简单、体积小、重量轻、无侵入性检测，可实现单边核磁共振弹性成像，对于乳腺疾病的诊断有重要指导意义。

Description

一种单边核磁共振弹性成像检测装置

技术领域

本发明属于无损检测领域，涉及一种单边核磁共振弹性成像检测装置。

背景技术

近年来单边核磁共振技术在食品分析和质量控制、材料科学、地球物理等领域得到广泛应用，其结构开放、体积较小、便于移动，能够在任意位置从任意角度对物体进行无损检测，同时采用永磁体提供静态主磁场，价格低廉、能耗较低，再加上其可以提供传统核磁共振所给予的包括弛豫时间T1、T2成像、扩散系数D，甚至是化学位移等诸多信息，因此为单边磁体配置相应的成像系统实现浅层成像具有广泛应用前景。

磁共振弹性成像是在常规磁共振成像基础上发展起来的新技术，是一种机械化，定量化的触诊手段，具有客观分辨率高、无创、不受诊断部位限制的优点。其在乳腺疾病诊断中的应用发展迅速，研究发现乳腺癌的硬度通常比良性结节和正常乳腺组织高，乳腺恶性浸润性肿瘤的弹性值显著高于乳腺良性病变。乳腺磁共振弹性成像能够无创测量组织硬度或弹性，为乳腺疾病的诊断提供了新的技术手段。然而，乳腺磁共振弹性成像装置的设计并不成熟且都是基于传统磁共振技术，检查费用高，本发明涉及一种单边核磁共振弹性成像检测装置，对乳腺疾病的诊断有重要指导意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单边核磁共振弹性成像检测装置，主要用于对乳腺疾病进行无损诊断。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种单边核磁共振弹性成像检测装置，包括单边磁体、成像系统和机械波激励源；所述单边磁体用于产生在垂直方向上存在恒定梯度、在水平方向上相对均匀的静态主磁场；所述成像系统设置在所述静态主磁场的成像区域内，包括射频线圈、梯度线圈以及射频屏蔽，所述射频线圈用于产生于所述静态主磁场正交的激励射频磁场并检测被测物所产生的磁共振回波信号；所述梯度线圈用于空间编码和定位；所述射频屏蔽用于消除射频线圈与梯度线圈之间的耦合影响；所述机械波激励源用于在被测物中生成剪切波以获得磁共振弹性图。

可选地，所述单边磁体结构由同心不同长、短半径的两个半椭圆环磁体组组成，分别为外环磁体组和内环磁体组，所述外环磁体组和内环磁体组之间存在斥力。

可选地，所述内环磁体组由整个环为4个磁体的Halbach磁体中的三个磁棒构成，三个磁棒的质心均位于一个半椭圆弧上，所述半椭圆弧的长半径和短半径之比为r1；三个磁棒的磁化方向依次偏转90°。

可选地，所述内环磁体组由整个环为4个磁棒的Halbach磁体中的三个磁棒构成，所述三个磁棒分裂成六个磁体，所述内环磁体组由两组相互平行的内环磁体分组构成，单个的内环磁体分组内包括3个磁体；两个内环磁体分组的磁体分别一一对应设置；两组内环磁体分组之间的距离为ds。

可选地，所述外环磁体组由16个磁棒的Halbach磁体中的9个磁棒构成，所述9个磁棒的质心位于同一个半椭圆弧上，该半椭圆弧的长半径和短半径之比为r2，9个磁棒的磁化方向依次偏转22.5°。

可选地，所述成像系统还包括用于增强射频线圈强度的感应耦合线圈，所述感应耦合线圈设置在所述射频线圈和成像区域之间。

可选地，所述成像系统还包括设置在成像区域和射频线圈之间的接触板。

可选地，所述机械波激励源采用压电堆栈和机械杆布置，其驱动信号为谱仪的一路梯度脉冲输出信号，用于保证射频线圈、梯度线圈和机械波激励源的输出同步。

可选地，所述射频屏蔽为两面敷铜的柔性PCB板，两层铜皮被切割成长方形小块且两层铜皮中的小块彼此错开，其总厚度为多个集肤深度。

可选地，还包括第一壳体和第二壳体，所述单边永磁体和成像系统设置在第一壳体内，所述机械波激励源设置在第二壳体内；所述第一壳体由工程塑料制成，所述第二壳体由钛合金制成。

本发明的有益效果在于：本发明提供的这种用于乳腺疾病诊断的单边核磁共振弹性成像检测装置，结构简单、体积小、重量轻、性能可靠，可实现单边核磁共振弹性成像，便于无创检测。

本发明的其他优点、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，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明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

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明单边核磁共振弹性成像检测装置的整体示意图；

图2为本发明单边磁体磁棒的位置、磁化方向图；

图3为本发明射频线圈的示意图；

图4为本发明X轴梯度线圈的示意图；

图5为本发明Y轴梯度线圈的示意图；

图6为本发明Z轴梯度线圈的示意图；

图7为本发明射频屏蔽的示意图；

图8为本发明感应耦合线圈的示意图；

图9为本发明机械波激励源的示意图；

图10为本发明单边核磁共振弹性成像的特定成像序列。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明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发明的基本构想，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。

请参阅图1-图10，附图中的元件标号分别表示：单边磁体1、第一壳体2、X轴梯度线圈3、Y轴梯度线圈4、Z轴梯度线圈5、射频屏蔽6、射频线圈7、感应耦合线圈8、机械波激励源9、接触板10、成像区域11。

本发明涉及一种单边核磁共振弹性成像检测装置，包括单边磁体1、成像系统和机械波激励源9；所述单边磁体1用于产生在垂直方向上存在恒定梯度、在水平方向上相对均匀的静态主磁场；所述成像系统设置在所述静态主磁场的成像区域11内，包括射频线圈7、梯度线圈以及射频屏蔽6，所述射频线圈7用于产生于所述静态主磁场正交的激励射频磁场并检测被测物所产生的磁共振回波信号；所述梯度线圈用于空间编码和定位；所述射频屏蔽6用于消除射频线圈7与梯度线圈之间的耦合影响；所述机械波激励源9用于在被测物中生成剪切波以获得磁共振弹性图。

优选地，所述单边磁体1结构由同心不同径的两个半椭圆环磁体组组成，分别为外环磁体组和内环磁体组，所述外环磁体组和内环磁体组之间存在斥力；所述内环磁体组由整个环为4个磁体的Halbach磁体中的三个磁棒构成，三个磁棒的质心均位于一个半椭圆弧上，所述半椭圆弧的长半径和短半径之比为r1；三个磁棒的磁化方向依次偏转90°；所述内环磁体组由整个环为4个磁棒的Halbach磁体中的三个磁棒构成，所述三个磁棒分裂成六个磁体，所述内环磁体组由两组相互平行的内环磁体分组构成，单个的内环磁体分组内包括3个磁体；两个内环磁体分组的磁体分别一一对应设置；两组内环磁体分组之间的距离为ds；所述外环磁体组由16个磁棒的Halbach磁体中的9个磁棒构成，所述9个磁棒的质心位于同一个半椭圆弧上，该半椭圆弧的长半径和短半径之比为r2，9个磁棒的磁化方向依次偏转22.5°。图2为本发明各磁棒的位置分布和磁化方向图。通过r1、r2、或ds的调节实现对磁场均匀度的调节，所产生的静态主磁场的强度等位线与乳腺表面平行。

在本实施例中，所述成像系统还包括用于增强射频线圈7强度的感应耦合线圈8，所述感应耦合线圈8设置在所述射频线圈7和成像区域11之间；所述成像系统还包括设置在成像区域11和射频线圈7之间的接触板10；所述机械波激励源9采用压电堆栈和机械杆布置，其驱动信号为谱仪的一路梯度脉冲输出信号，用于保证射频线圈7、梯度线圈和机械波激励源9的输出同步；所述射频屏蔽6为两面敷铜的柔性PCB板，两层铜皮被切割成长方形小块且两层铜皮中的小块彼此错开，其总厚度为多个集肤深度；还包括第一壳体2和第二壳体，所述单边永磁体和成像系统设置在第一壳体2内，所述机械波激励源9设置在第二壳体内；所述第一壳体2由工程塑料制成，所述第二壳体由钛合金制成。

所述射频线圈7采用静态磁场的目标场逆方法进行优化设计，根据静态主磁场的分布特点约束目标射频场与静态主磁场在方向上正交与在幅值上相关以提高信噪比。图3是本发明实施例提供的射频线圈7的示意图。由于本实施例的静态主磁场是与乳腺表面平行且沿其垂直方向衰减，所以为了保证射频场与静态主磁场正交，那么射频场的方向必须为乳腺表面的垂直方向。于是本发明提出了这种新型目标场方法设计的单平面梯度线圈。

所述梯度线圈采用目标场法和流函数法进行设计，设计了X轴、Y轴和Z轴三个正交方向的平面梯度线圈，线间距调整合适至均能采用漆包铜线绕制。图4是本发明实施例提供的X轴梯度线圈3的示意图。该线圈由四个对称的载流回路构成。图5是本发明实施例提供的Y轴梯度线圈4的示意图。该线圈由单个对称的载流回路构成。图6是本发明实施例提供的Z轴梯度线圈5的示意图。该线圈由两个对称的载流回路构成。X轴、Y轴和Z轴梯度线圈5的电流流向如图中白色箭头所示，电流在边界上为零，电流密度在线圈的有限长度内均自动满足闭合条件。

所述射频屏蔽6采用总厚度为几个集肤深度的两面敷铜的柔性PCB板，两层铜片被切成小块，而且小块必须足够小，以减弱梯度线圈在铜片上涡流，上下层铜片还必须彼此错开覆盖，这样对于射频磁场来时铜片是连续分布的。图7是本发明实施例提供的射频屏蔽6的示意图。介质厚度、介电和重叠区域都必须选择合适，这样射频屏蔽6在直流产生的静磁场和低频电流产生的梯度磁场通过时呈低阻抗、在高频电流产生的射频磁场通过时呈高阻抗。

所述感应耦合线圈8串联一个电容C以匹配到磁共振频率，被插入到射频线圈7与被测对象之间以增强施加到对象上的磁场强度从而增大本装置对人体的检测深度。图8是本发明实施例提供的感应耦合线圈8的示意图。选择电容C的合适大小以匹配到磁共振点频率处，从而使用射频线圈7发射的射频脉冲感应的电流所产生的磁场来激励对象。

图9是本发明实施例提供的机械波激励源9的示意图。机械波激励源9的频率和强度可调，通过作用于人体乳腺表面的接触板10，在乳腺组织中生成剪切波。图10是单边核磁共振弹性成像的成像序列，在成像序列中施加运动敏感梯度来获取被测物体的幅度图和质点位移的相位图，最后通过重建算法得到被测物体的弹性系数分布图，即弹性图。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种单边核磁共振弹性成像检测装置，其特征在于：

包括单边磁体、成像系统和机械波激励源；

所述单边磁体用于产生在垂直方向上存在恒定梯度、在水平方向上相对均匀的静态主磁场；

所述成像系统设置在所述静态主磁场的成像区域一侧，包括射频线圈、梯度线圈以及射频屏蔽，所述射频线圈用于产生于所述静态主磁场正交的激励射频磁场并检测被测物所产生的磁共振回波信号；所述梯度线圈用于空间编码和定位；所述射频屏蔽用于消除射频线圈与梯度线圈之间的耦合影响；

所述机械波激励源用于在被测物中生成剪切波以获得磁共振弹性图；

所述单边磁体结构由同心不同长、短半径的两个半椭圆环磁体组组成，分别为外环磁体组和内环磁体组，所述外环磁体组和内环磁体组之间存在斥力。

2.如权利要求1中所述的单边核磁共振弹性成像检测装置，其特征在于：所述内环磁体组由整个环为4个磁体的Halbach磁体中的三个磁棒构成，三个磁棒的质心均位于一个半椭圆弧上，所述半椭圆弧的长半径和短半径之比为r1；三个磁棒的磁化方向依次偏转90°。

3.如权利要求1中所述的单边核磁共振弹性成像检测装置，其特征在于：所述内环磁体组由整个环为4个磁棒的Halbach磁体中的三个磁棒构成，所述三个磁棒分裂成六个磁体，所述内环磁体组由两组相互平行的内环磁体分组构成，单个的内环磁体分组内包括3个磁体；两个内环磁体分组的磁体分别一一对应设置；两组内环磁体分组之间的距离为ds。

4.如权利要求1中所述的单边核磁共振弹性成像检测装置，其特征在于：所述外环磁体组由16个磁棒的Halbach磁体中的9个磁棒构成，所述9个磁棒的质心位于同一个半椭圆弧上，该半椭圆弧的长半径和短半径之比为r2，9个磁棒的磁化方向依次偏转22.5°。

5.如权利要求1中所述的单边核磁共振弹性成像检测装置，其特征在于：所述成像系统还包括用于增强射频线圈强度的感应耦合线圈，所述感应耦合线圈设置在所述射频线圈和成像区域之间。

6.如权利要求1中所述的单边核磁共振弹性成像检测装置，其特征在于：所述成像系统还包括设置在成像区域和射频线圈之间的接触板。

7.如权利要求1中所述的单边核磁共振弹性成像检测装置，其特征在于：所述机械波激励源采用压电堆栈和机械杆布置，其驱动信号为谱仪的一路梯度脉冲输出信号，用于保证射频线圈、梯度线圈和机械波激励源的输出同步。

8.如权利要求1中所述的单边核磁共振弹性成像检测装置，其特征在于：所述射频屏蔽为两面敷铜的柔性PCB板，两层铜皮被切割成长方形小块且两层铜皮中的小块彼此错开，其总厚度为多个集肤深度。

9.如权利要求1中所述的单边核磁共振弹性成像检测装置，其特征在于：还包括第一壳体和第二壳体，所述单边磁体和成像系统设置在第一壳体内，所述机械波激励源设置在第二壳体内；所述第一壳体由工程塑料制成，所述第二壳体由钛合金制成。

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