CN113499052A - 磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磁纳米粒子成像中的系统矩阵测定技术领域，具体涉及了一种磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板及测量方法，旨在解决现有技术无法简单快速地测量磁纳米粒子成像中的系统矩阵的问题。本发明包括：根据磁纳米粒子成像系统分辨率调整隔离板；获得设定数量的呈栅格状排列的凹状正方形晶格构成的栅格状探测板；基于系统矩阵本身的特性以及系统矩阵与感应线圈中的电压信号的关系，通过探测板逐渐增加测量范围；将探测板各正方形晶格对应的列值按照晶格位置进行拼接，获得最终的磁纳米粒子成像的系统矩阵。本发明实现了磁纳米粒子成像的系统矩阵的快速测量和校准，分辨率灵活可调，适配多种磁纳米粒子成像系统，降低成本、提高效率。
Description
技术领域
本发明属于磁纳米粒子成像设备中的系统矩阵测定技术领域，具体涉及了一种磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板及测量方法。
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。近年来，一种全新的基于示踪剂的成像方式——磁纳米粒子成像MPI，Magnetic Particle Imaging)技术被提出。该技术通过检测超顺磁氧化铁纳米颗粒(SPIONs)的空间浓度分布，可以对成像目标进行精确定位。相较于传统成像方法，MPI技术在不受成像深度限制的同时，具有高时空分辨率和高灵敏度的特性，具有极大的医学应用潜力。
现今的MPI系统的重建方法基本可以分为两类：系统矩阵方法和X-space方法。大量的研究表面，相比于系统矩阵重建方法，X-space方法虽然具有更高的重建速度，但是其重建图像的分辨率很难提升，因此系统矩阵方法一直是图像重建的主要研究方向。其中，系统矩阵重建方法中的系统矩阵测定一直是一个重要课题，其测量的精确度和准确度直接影响图像的重建结果。同时为了保证空间中任何一点的系统矩阵都被测定，目前公认的系统矩阵测量方法是通过机械臂逐次移动磁纳米粒子探针，使其精确地覆盖空间中的所有位置，以此获得准确全面的系统矩阵。但该方法需要极高的成本，并且机械臂的移动轨迹设计和精度控制也是一个具有挑战性的难题，并不具有普适性。
因此，如何简单快速地测量磁纳米粒子成像设备中的系统矩阵始终是一个具有挑战性的问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术无法简单快速地测量磁纳米粒子成像设备中的系统矩阵的问题，本发明提供了一种磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，该栅格状探测板包括：
设定数量的呈栅格状排列的凹状正方形晶格；
所述正方形晶格的顶部为敞开状态。
在一些优选的实施例中，所述正方形晶格之间通过与正方形晶格材质相同的材料作为隔离板进行隔离。
在一些优选的实施例中，所述隔离板为可任意拆装的插板。
在一些优选的实施例中，所述材料为树脂。
在一些优选的实施例中，所述正方形晶格，其边缘不高于所述栅格状探测板的边缘。
在一些优选的实施例中，所述栅格状探测板，其大小为以磁纳米粒子成像系统的成像范围的中心为中心进行设定比例放大。
在一些优选的实施例中，所述正方形晶格的大小与磁纳米粒子成像系统的成像分辨率的像素大小相同。
本发明的另一方面，提出了一种磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的测量方法，基于上述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，该测量方法包括：
步骤S10，根据磁纳米粒子成像系统的分辨率调整隔离板，并将调整后的探测板放入磁纳米粒子成像系统成像空间中并调整位置，使成像平面平行于探测板并穿过晶格；以探测板中左上角正方形晶格为初始晶格，按照蛇形进行各正方形晶格的栅格扫描，令t＝1作为当前正方形晶格；
步骤S20，在当前正方形晶格t中注入标准浓度的示踪剂SPIO(超顺磁纳米氧化铁)溶液；所述示踪剂SPIO溶液液面位置高于成像平面，并且没有溶液溢出至其他正方形晶格；
步骤S30，进行一次完整的MPI扫描，并将扫描获得的电压信号值减去之前所有电压信号值作为当前电压信号；
步骤S40，进行所述当前电压信号的滤波降噪，获得可用系统矩阵；
步骤S50，根据所述当前电压信号以及所述示踪剂SPIO溶液的浓度，通过逆运算求解，获得当前正方形晶格t对应的系统矩阵的列值；
步骤S60，令t＝t+1，并跳转步骤S20直至t的值为正方形晶格的设定数量，获得各正方形晶格对应的系统矩阵的列值；
步骤S70，将所述各正方形晶格对应的系统矩阵的列值根据正方形晶格的位置拼接，获得磁纳米粒子成像系统的系统矩阵。
本发明的第三方面，提出了一种设备，包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的测量方法。
本发明的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的测量方法。
本发明的有益效果：
(1)本发明磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，利用磁纳米粒子成像系统的系统矩阵本身与测量电压信号的关系，采用探测板逐渐增加测量范围，可以完整准确地测量整个成像空间的系统矩阵。相比于传统机械臂式测量，本发明测量方法简单可靠，可以排除机械臂移动时产生的偏差导致的系统矩阵测量的不准确。
(2)本发明磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，探测板中的正方形晶格可通过可任意拆装的插板进行大小调整，以适应不同的磁纳米粒子成像系统的分辨率，由于分辨率可灵活调控，可以适配多种磁纳米粒子成像系统，应用更为广泛。
(3)本发明磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，因成本低廉，可以使得基于系统矩阵的MPI成像系统更易于推广，降低MPI成像的研究成本，增加了该成像模态的发展潜力。
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是本发明磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的结构示意图；
图2是本发明磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的测量方法流程示意图。
具体实施方式
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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明的一种磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，该栅格状探测板包括：
设定数量的呈栅格状排列的凹状正方形晶格；
所述正方形晶格的顶部为敞开状态。
为了更清晰地对本发明磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板进行说明，下面结合图1对本发明实施例中各模块展开详述。
本发明第一实施例的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，详细描述如下：
磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板包括设定数量的呈栅格状排列的凹状正方形晶格：
正方形晶格的顶部为敞开状态；
正方形晶格之间通过与正方形晶格材质相同的材料作为隔离板进行隔离；材料为树脂；
为了便于设定任意分辨率的系统矩阵采集，晶格大小应为可变的任意尺寸。本发明一个实施例中，实现该目的的技术方案为：将横竖隔离板设定为可任意拆装的插板，如图1所示，本发明磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的结构示意图，在构建晶格单元时，先通过边缘插口(正向)沿纵向插在探测板上进行固定，并按照所需晶格大小粗略调整距离，之后通过边缘插口(反向)沿横向调整距离，并根据间隔插口调整沿纵向的插板的位置，使其构成完整封闭的晶格单元。由于横纵插板的设置一致，因此可以通过如3D打印机技术进行方便生产，并通过等比例调整间隔插口的数量和位置改变晶格大小。
正方形晶格，其边缘不高于栅格状探测板的边缘；
栅格状探测板，其大小为以磁纳米粒子成像系统的成像范围的中心为中心进行设定比例放大，即略大于磁纳米粒子成像系统的成像范围；
正方形晶格的大小与磁纳米粒子成像系统的成像分辨率的像素大小相同。
如图2所示，本发明第二实施例的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的测量方法，基于上述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，该测量方法包括：
步骤S10，根据磁纳米粒子成像系统的分辨率调整隔离板，并将调整后的探测板放入磁纳米粒子成像系统成像空间中并调整位置，使成像平面平行于探测板并穿过晶格；以探测板中左上角正方形晶格为初始晶格，按照蛇形进行各正方形晶格的栅格扫描，令t＝1作为当前正方形晶格；蛇形的栅格扫描顺序仅是本发明一个实施例中较为优选的方案，在其他实施例中，也可以根据需要选择从左至右且从上到下的栅格扫描顺序，或者从上到下且从左到右的栅格扫描顺序等等，在后续的将各正方形晶格对应的系统矩阵的列值进行拼接时，需要参照栅格扫描顺序将列值与晶格位置一一对应拼接；
步骤S20，在当前正方形晶格t中注入标准浓度的示踪剂SPIO溶液；所述示踪剂SPIO溶液液面位置高于成像平面，并且没有溶液溢出至其他正方形晶格；
步骤S30，进行一次完整的MPI扫描，并将扫描获得的电压信号值减去之前所有电压信号值作为当前电压信号；
步骤S40，进行所述当前电压信号的滤波降噪，获得可用系统矩阵；
步骤S50，根据所述当前电压信号以及所述示踪剂SPIO溶液的浓度，通过逆运算求解，获得当前正方形晶格t对应的系统矩阵的列值；
步骤S60，令t＝t+1，并跳转步骤S20直至t的值为正方形晶格的设定数量，获得各正方形晶格对应的系统矩阵的列值；
步骤S70，将所述各正方形晶格对应的系统矩阵的列值根据正方形晶格的位置拼接，获得磁纳米粒子成像系统的系统矩阵。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程及有关说明，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，上述实施例提供的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板及方法，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
本发明第三实施例的一种设备，包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的测量方法。
本发明第四实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的测量方法。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
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、方法、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、方法、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做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)
1.一种磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，其特征在于，该栅格状探测板包括：
设定数量的呈栅格状排列的凹状正方形晶格；
所述正方形晶格的顶部为敞开状态。
2.根据权利要求1所述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，其特征在于，所述正方形晶格之间通过与正方形晶格材质相同的材料作为隔离板进行隔离。
3.根据权利要求2所述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，其特征在于，所述隔离板为可任意拆装的插板。
4.根据权利要求2所述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，其特征在于，所述材料为树脂。
5.根据权利要求1所述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，其特征在于，所述正方形晶格，其边缘不高于所述栅格状探测板的边缘。
6.根据权利要求1所述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，其特征在于，所述栅格状探测板，其大小为以磁纳米粒子成像系统的成像范围的中心为中心进行设定比例放大。
7.根据权利要求1所述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，其特征在于，所述正方形晶格的大小与磁纳米粒子成像系统的成像分辨率的像素大小相同。
8.一种磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的测量方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板，该测量方法包括：
步骤S10，根据磁纳米粒子成像系统的分辨率调整隔离板，并将调整后的探测板放入磁纳米粒子成像系统成像空间中并调整位置，使成像平面平行于探测板并穿过晶格；以探测板中左上角正方形晶格为初始晶格，按照蛇形进行各正方形晶格的栅格扫描，令t＝1作为当前正方形晶格；
步骤S20，在当前正方形晶格t中注入标准浓度的示踪剂SPIO溶液；所述示踪剂SPIO溶液液面位置高于成像平面，并且没有溶液溢出至其他正方形晶格；
步骤S30，进行一次完整的MPI扫描，并将扫描获得的电压信号值减去之前所有电压信号值作为当前电压信号；
步骤S40，进行所述当前电压信号的滤波降噪，获得可用系统矩阵；
步骤S50，根据所述当前电压信号以及所述示踪剂SPIO溶液的浓度，通过逆运算求解，获得当前正方形晶格t对应的系统矩阵的列值；
步骤S60，令t＝t+1，并跳转步骤S20直至t的值为正方形晶格的设定数量，获得各正方形晶格对应的系统矩阵的列值；
步骤S70，将所述各正方形晶格对应的系统矩阵的列值根据正方形晶格的位置拼接，获得磁纳米粒子成像系统的系统矩阵。
9.一种设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现权利要求8所述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的测量方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现权利要求8所述的磁纳米粒子成像系统矩阵测量的栅格状探测板的测量方法。
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