CN110367983A - 基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于磁粒子成像领域，具体涉及一种基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，旨在为了解决磁粒子成像系统灵敏度、分辨率不能满足需求的问题。本系统包括磁体组、感应线圈、成像床、控制与成像装置，磁体组包括两对轴线正交设置环形磁体对、一个圆筒形磁体；环形磁体对中两个环形磁体共轴；圆筒形磁体设置于两对环形磁体的包围空间，其轴线过两对环形磁体对的轴线正交点，且垂直于两对环形磁体对的轴线构成的平面；所述控制与成像装置，用于按照设定的控制指令控制磁体组中各磁体的磁场变化，实现所产生的无磁场线转动和/或平移，并依据感应磁场在感应线圈中产生的电流信号进行磁性粒子成像。本发明提高了磁粒子定位的精准度，提高了的分辨率。

Description

基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统

技术领域

本发明属于磁粒子成像领域，具体涉及一种基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统。

背景技术

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(SPIOs)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。

现今的MPI系统大多是通过构建无磁场点(Field Free Point， FFP)进行空间编码并在此基础上进行重建的。然而，FFP相比于FFL(Field Free Line，无磁场线)空间分辨率和灵敏度低得多。因此在小动物成像领域，需要一种基于FFL的，灵敏度更高，分辨率更高的小动物磁粒子成像系统。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决磁粒子成像系统灵敏度、分辨率不能满足需求的问题，本发明提出了一种基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，包括磁体组、感应线圈、成像床、控制与成像装置，

所述磁体组包括两对环形磁体对、一个圆筒形磁体；所述环形磁体对中两个环形磁体共轴；两对所述环形磁体对的轴线正交；所述圆筒形磁体设置于两对所述环形磁体的包围空间，所述圆筒形磁体的轴线过两对所述环形磁体对的轴线正交点，且垂直于两对所述环形磁体对的轴线构成的平面；

所述控制与成像装置，用于按照设定的控制指令控制两对所述环形磁体对、所述圆筒形磁体的磁场变化，实现所产生的无磁场线转动和/或平移，以对所述成像床上设置的被扫描目标的三维扫描；还用于依据感应磁场在所述感应线圈中产生的电流信号进行磁性粒子成像。

在一些优选的实施方式中，所述磁体组通过两组正交梯度磁场产生无磁场线，通过交变磁场移动无磁场线。

在一些优选的实施方式中，所述感应线圈为一对环形感应线圈，分别平行设置于任一环形磁体对的两个环形磁体外侧；所述控制与成像装置与所述感应线圈通连接以获取其所产生的电流信号。

在一些优选的实施方式中，所述磁粒子成像系统还包括成像床移动装置，所述成像床移动装置包括移动设备、装设于所述移动设备的固定支架、装设于所述固定支架的固定套筒；所述成像床装设于所述固定套筒中；通过移动设备的可以将所述成像床移动至所述圆筒形磁体中设定位置。

在一些优选的实施方式中，所述移动设备与所述控制与成像装置通过通信链路连接，接收并执行所述控制与成像装置发送的控制指令。

在一些优选的实施方式中，所述移动设备为机械臂。

在一些优选的实施方式中，所述移动设备为轨道式移动定位设备。

在一些优选的实施方式中，所述成像床为半圆筒形，且其床体为全透明材料。

在一些优选的实施方式中，两对所述环形磁体对、所述圆筒形磁体为电磁线圈

在一些优选的实施方式中，两对所述环形磁体对、所述圆筒形磁体为永磁铁。

本发明的有益效果：

本发发明通过两对所述环形磁体对、所述圆筒形磁体实现对所产生的无磁场线的旋转、平移控制实现对被扫描目标的三维扫描，并通过对扫描过程中感应线圈的电流变化的处理，实现了对被扫描目标中磁粒子三维空间分布情况进行精准的定位，提高了定位的精准度，提高了的分辨率；同时，可以分辨更低浓度的磁粒子分布。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明一种实施例的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统中磁体组及感应线圈设置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的一种基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，包括磁体组、感应线圈、成像床、控制与成像装置。

所述磁体组包括两对环形磁体对、一个圆筒形磁体；所述环形磁体对中两个环形磁体共轴；两对所述环形磁体对的轴线正交；所述圆筒形磁体设置于两对所述环形磁体的包围空间，所述圆筒形磁体的轴线过两对所述环形磁体对的轴线正交点，且垂直于两对所述环形磁体对的轴线构成的平面；

所述控制与成像装置，用于按照设定的控制指令控制两对所述环形磁体对、所述圆筒形磁体的磁场变化，实现所产生的无磁场线转动和/或平移，以对所述成像床上设置的被扫描目标的三维扫描；还用于依据感应磁场在所述感应线圈中产生的电流信号进行磁性粒子成像。

为了更清晰地对本发明基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统进行说明，下面结合附图对本方发明一种实施例的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统中各部分进行展开详述。

本发明一种实施例的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，包括磁体组、感应线圈、成像床、控制与成像装置，进一步，本实施例的磁粒子成像系统还可以包括成像床移动装置。

如图1所示，磁体组包括两对环形磁体对、一个圆筒形磁体；第一环形磁体11、第二环形磁体12构成第一磁体对，第三环形磁体21、第四环形磁体22构成第二磁体对，圆筒形磁体3设置于第一磁体对、第二磁体对所包围的空间；第一环形磁体11、第二环形磁体12共轴平行设置，令其轴线为第一轴线，同样的第三环形磁体21、第四环形磁体22也共轴平行设置，令其轴线为第二轴线；第一轴线、第二轴线正交；令圆筒形磁体3的轴线为第三轴线，第三轴线穿过第一轴线与第二轴线的正交点，且第三轴线垂直于第一轴线与第二轴线构成的平面(x-y平面)。

控制与成像装置，用于按照设定的控制指令控制两对所述环形磁体对、所述圆筒形磁体的磁场变化，实现所产生的无磁场线转动和/ 或平移，以对所述成像床上设置的被扫描目标的三维扫描。本实施例中，无磁场线转动为在x-y平面的转动，以基于无磁场线形成扫描面，并基于在z轴的移动，实现三维扫描。

基于第一磁体对、第二磁体对、圆筒形磁体3，在控制与成像装置的控制下，通过两组正交梯度磁场产生无磁场线，通过交变磁场移动无磁场线。

继续参看图1，感应线圈有两个(第一感应线圈41、第二感应线圈42)，分别设置于第二磁体对的第三环形磁体21、第四环形磁体 22的外侧，以在通过第一磁体对、第二磁体对、圆筒形磁体3所产生的无磁场线的旋转、平移控制对被扫描目标的三维扫描时，基于其所在位置的磁场变化实时产生对应的感应电流。在其他实施例中，感应线圈还可以分别设置于第二磁体对的第一环形磁体11、第二环形磁体12的外侧。

本实施例中，感应线圈为环形感应线圈，且环形感应线圈的轴线与第二磁体对的轴线重合。感应线圈与控制与成像装置的信号传输接口类型可以为USB接口，也可以为其他接口。

控制与成像装置，还用于依据进行三维扫描的过程中感应磁场在所述感应线圈中产生的全部电流信号进行磁性粒子成像。该成像方法现有技术中已有诸多描述，此处不再赘述。控制与成像装置可以直接获取感应线圈的实时的电信号，也可以在信号采集完毕后获取整个过程完整的信号，但此时需要设置感应线圈的信号存储装置，以实时获取并存储感应线圈的电信号，并通过通信链路传送至控制与成像装置。

本实施例中，成像床为半圆筒形，且其床体为全透明材料，用于固定被扫描目标。成像床在本实施例的磁粒子成像系统对被扫描目标进行扫描时位于圆筒形磁体3中，优选的，成像床的中心点位于圆筒形磁体3的轴线上。

更进一步的，为了更好的将成像床送至目标位置，还设置有成像床移动装置，成像床移动装置包括移动设备、装设于移动设备的固定支架、装设于固定支架的固定套筒；成像床装设于所述固定套筒中；通过移动设备的可以将成像床移动至所述圆筒形磁体中设定位置。为了更好的对成像床的位置进行确定，在本实施例的磁粒子成像系统对被扫描目标进行扫描时固定套筒的轴线与圆筒形磁体3的轴线重合。

本实施例中，移动设备与控制与成像装置通过通信链路连接，接收并执行所述控制与成像装置发送的控制指令，实现对固定套筒的移动。本实施的移动设备为由电机驱动的轨道式移动定位设备，当然，也可以为手动控制的轨道式移动定位设备，在其它实施例中还可以为机械臂或其它结构件或者装置，只要能将固定套筒移动至设定位置即可。

本实施例中，两对环形磁体对、圆筒形磁体为永磁铁，还可以为电磁线圈。在小型的MPI系统中优选永磁铁，其优点是比较小巧且容易搭建，无需考虑散热和功率损耗，易产生梯度磁场，其能显著提高扫描仪的性能。在大型的MPI成像系统中优选电磁线圈，控制比较灵活，能随实验的需求改变磁场的大小，但应考虑及时散热及电压的较高要求。在采用电磁线圈时，两对环形磁体对可以为亥姆霍兹线圈(Helmholtz coil) 对。

本实施例中，控制与成像装置为计算机。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，包括磁体组、感应线圈、成像床、控制与成像装置，其特征在于，

所述磁体组包括两对环形磁体对、一个圆筒形磁体；所述环形磁体对中两个环形磁体共轴；两对所述环形磁体对的轴线正交；所述圆筒形磁体设置于两对所述环形磁体的包围空间，所述圆筒形磁体的轴线过两对所述环形磁体对的轴线正交点，且垂直于两对所述环形磁体对的轴线构成的平面；

所述控制与成像装置，用于按照设定的控制指令控制两对所述环形磁体对、所述圆筒形磁体的磁场变化，实现所产生的无磁场线转动和/或平移，以对所述成像床上设置的被扫描目标的三维扫描；还用于依据感应磁场在所述感应线圈中产生的电流信号进行磁性粒子成像。

2.根据权利要求1所述的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，其特征在于，所述磁体组通过两组正交梯度磁场产生无磁场线，通过交变磁场移动无磁场线。

3.根据权利要求1所述的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，其特征在于，所述感应线圈为一对环形感应线圈，分别平行设置于任一环形磁体对的两个环形磁体外侧；所述控制与成像装置与所述感应线圈通连接以获取其所产生的电流信号。

4.根据权利要求1所述的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，其特征在于，所述磁粒子成像系统还包括成像床移动装置，所述成像床移动装置包括移动设备、装设于所述移动设备的固定支架、装设于所述固定支架的固定套筒；所述成像床装设于所述固定套筒中；通过移动设备的可以将所述成像床移动至所述圆筒形磁体中设定位置。

5.根据权利要求4所述的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，其特征在于，所述移动设备与所述控制与成像装置通过通信链路连接，接收并执行所述控制与成像装置发送的控制指令。

6.根据权利要求4所述的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，其特征在于，所述移动设备为机械臂。

7.根据权利要求4所述的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，其特征在于，所述移动设备为轨道式移动定位设备。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，其特征在于，所述成像床为半圆筒形，且其床体为全透明材料。

9.根据权利要求1-7任一项所述的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，其特征在于，两对所述环形磁体对、所述圆筒形磁体为电磁线圈。

10.根据权利要求1-7任一项所述的基于无磁场线扫描的磁粒子成像系统，其特征在于，两对所述环形磁体对、所述圆筒形磁体为永磁铁。