一种开放式磁粒子成像设备、成像系统及成像方法技术方案

一种开放式磁粒子成像设备、成像系统及成像方法，解决现有技术存在的被检验体放置于密闭的检测空间内，在成像的同时不能进行其他操作，难以提高空间分辨率及成像空间，应用受限的问题。包括能够形成可移动无磁场线的无磁场线扫描线圈组，无磁场线移动的范围为无磁场线扫描区域；还包括激励缠绕线圈和检测缠绕线圈，激励缠绕线圈的磁场覆盖区域和检测缠绕线圈的检测区域均与无磁场线扫描区域相对应。其设计合理，结构紧凑，采用开放式成像结构，具有较大的成像空间，便于临床持续观察和术中观察；能够在保持低激励场强度下，增加直流梯度场强度及线性范围，有效提高空间分辨率，扩大成像范围。成像范围。成像范围。

【技术实现步骤摘要】
一种开放式磁粒子成像设备、成像系统及成像方法


[0001]本专利技术属于医疗检测装置
，具体涉及一种开放式磁粒子成像设备、成像系统及成像方法。

技术介绍

[0002]磁粒子成像是一种利用超顺磁纳米粒子为示踪剂的新型影像学方法，其基本原理是通过单个或多个方向发生的激励磁场对超顺磁纳米粒子进行励磁，并通过高强度梯度场所产生的无场点或无场线实现空间定位，结合机械或电子化的扫描方式来实现示踪剂的成像。其优势在于快速的成像速度，以及较高灵敏度和空间分辨率，适合偶联多种靶向蛋白或分子结构，且具有极高的人体安全性。
[0003]现有技术大多采用封闭式的MPI成像设备及系统，例如：当前世界范围内仅有的两种商用MPI临床前成像系统（德国布鲁克公司与飞利浦联合研制的MPI成像系统，美国加州大学Insight公司MOMENTUM MPI型号的成像系统）的成像空间，均为封闭的成像空间，被检验体需要完全放置于密闭的检测空间之内，并且，在成像的同时不能进行其他操作，无法完全发挥MPI的特点，难以实现疾病持续动态观测、术中无辐射快速成像等新型临床应用。另外，前述系统的扫描方式多采用利萨如曲线等交直流混合的模式，由于无场点或无场线是在交直流磁场耦合下实现移动，所以需要交流激励场与直流线性梯度场强度的匹配。然而，受人体安全规范要求所限（正交交流磁场强度应约在3mT，20kHz以下），难以进一步增加交流磁场强度，因此，直流梯度场强度及可移动范围受到极大限制，难以提高空间分辨率及成像空间，进而使设备在临床上的应用具有较大的局限性。故有必要对现有技术的磁粒子成像设备、成像系统及成像方法予以改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术就是针对上述问题，提供一种开放式磁粒子成像设备、成像系统及成像方法，其采用开放式成像结构，具有较大的成像空间，便于临床持续观察和术中观察；并且强度只受梯度场限制，不受激励场限制，能够在保持低激励场强度下，增加直流梯度场强度及线性范围，有效提高空间分辨率，扩大成像范围。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：该开放式磁粒子成像设备包括无磁场线扫描线圈组，所述无磁场线扫描线圈组形成可移动的无磁场线，无磁场线移动的范围为无磁场线扫描区域；还包括激励缠绕线圈和检测缠绕线圈，激励缠绕线圈的磁场覆盖区域和检测缠绕线圈的检测区域均与所述无磁场线扫描区域相对应。
[0006]优选的，所述无磁场线扫描线圈组包括若干组呈中心对称布置的无场线扫描线圈。以便于无磁场线的形成和移动。
[0007]进一步的，所述无场线扫描线圈包括扫描线圈缠绕骨架，扫描线圈缠绕骨架上绕制的扫描线圈包括梯度缠绕线圈和偏移缠绕线圈，且所述偏移缠绕线圈与梯度缠绕线圈采用内外层布置的结构形式。以利用各梯度缠绕线圈在无磁场线扫描线圈组表面的几何中心
处产生无磁场线，并向各偏移缠绕线圈中通入变化的低频电流，进而使偏移缠绕线圈产生变化的偏移磁场、且与原本的梯度磁场进行耦合，从而实现无磁场线的双方向移动。
[0008]进一步的，所述四组呈中心对称布置的无场线扫描线圈中，位于对角位置的两组扫描线圈内的梯度缠绕线圈所产生的磁场方向相同，相邻的两组扫描线圈内的梯度缠绕线圈所产生的磁场方向相反；并且，位于对角位置的两组扫描线圈内的偏移缠绕线圈所产生的磁场方向相反。以使两个对角位置的梯度缠绕线圈产生方向相同的磁场，且让两个相邻的梯度缠绕线圈产生方向相反的磁场，从而，根据右手定则，在四个梯度缠绕线圈的中间位置产生无磁场线，并于无磁场线周围产生梯度场，梯度场越远离无磁场线、场强越大；同时，通过偏移缠绕线圈内通入的变化的直流电，来使梯度场一边的磁场强度增强，另外一边的磁场强度减弱，以达到移动无磁场线的效果。
[0009]优选的，所述内外层布置的梯度缠绕线圈和偏移缠绕线圈均呈方形缠绕。以利于对无磁场线在各方向上移动的控制。
[0010]优选的，所述扫描线圈缠绕骨架的下端设置有扫描骨架固定基板，扫描线圈缠绕骨架的上端设置有扫描骨架上部压板；扫描骨架上部压板和扫描骨架固定基板之间形成有缠绕槽，且所述梯度缠绕线圈和偏移缠绕线圈均绕制于缠绕槽内。以通过下侧的扫描骨架固定基板将扫描线圈缠绕骨架固定在机架的下部平台上，并把内外层布置的偏移缠绕线圈和梯度缠绕线圈，分别逐层绕制在扫描骨架上部压板和扫描骨架固定基板之间的缠绕槽内。
[0011]优选的，所述扫描线圈缠绕骨架由磁芯材料制成。以进一步增强直流磁场，从而增强梯度磁场，提高空间分辨率。
[0012]优选的，所述四组呈中心对称布置的无场线扫描线圈的外部设置有扫描线圈组降温壳体，密封的扫描线圈组降温壳体内充填有降温介质。以利用扫描线圈组降温壳体内充填的液氮或液氦等降温介质，来降低无磁场线扫描线圈组的温度，进而大幅度降低线圈的电阻，使系统热噪声和供电电源功率下降，提升设备运行的稳定性。
[0013]优选的，所述无场线扫描线圈的扫描线圈缠绕骨架的中部设置有降温空腔，且扫描线圈缠绕骨架四周的外侧壁上还设置有若干个降温通孔，所述降温通孔分别与中部的降温空腔相连通。以通过相互连通的侧部降温通孔和中部降温空腔，来便于液氮或液氦等降温介质在扫描线圈组降温壳体内的充分流动，进而利于对无磁场线扫描线圈组的快速降温。
[0014]优选的，所述激励缠绕线圈绕制于激励线圈缠绕骨架上，所述激励线圈缠绕骨架的中部设置有中部通孔，所述检测缠绕线圈设置在中部通孔处。以减少激励缠绕线圈对检测缠绕线圈的干扰。
[0015]优选的，所述激励线圈缠绕骨架的下端设置有激励骨架固定基板，激励线圈缠绕骨架的上端设置有激励骨架上部压板；激励骨架上部压板和激励骨架固定基板之间形成有缠绕槽，且所述激励缠绕线圈绕制于缠绕槽内。以通过下侧的激励骨架固定基板将激励线圈缠绕骨架固定在机架的顶部平台上，并把激励缠绕线圈绕制在激励骨架上部压板和激励骨架固定基板之间的缠绕槽内。
[0016]优选的，所述检测缠绕线圈为组件，组件结构的检测缠绕线圈包括至少一个差分式的缠绕线圈，所述差分式的缠绕线圈包括相互分隔开、连续布置的检测线圈正向缠绕段
和检测线圈反向缠绕段，且绕制在检测线圈缠绕骨架上的检测线圈正向缠绕段和检测线圈反向缠绕段的缠绕匝数、缠绕长度和缠绕层数均相同。以使用由同一根绕线形成的差分式结构的缠绕线圈来进行弱磁信号的检测，并降低环境磁场和激励磁场对检测信号的影响；并通过对由一个或多个差分式缠绕线圈构成的检测缠绕线圈测得信号的分析，来实现二维或三维扫描；即：由一个差分式的缠绕线圈构成的检测缠绕线圈可实现二维扫描，由两个或两个以上的差分式缠绕线圈构成的检测缠绕线圈则能够实现三维扫描。例如：两个检测缠绕线圈能够捕捉两组信号，利用两个检测缠绕线圈所检测到信号的偏差，获得磁粒子的空间位置信息。
[0017]优选的，所述差分式的缠绕线圈的检测线圈正向缠绕段和检测线圈反向缠绕段，分别布置于激励线圈缠绕骨架的中部通孔的上方和下方。以在有效减少激励缠绕线圈干扰的同时，尽可能的拉长检测缠绕线圈的检测线圈正向缠绕段和检测线圈反向缠绕段之间的距离，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开放式磁粒子成像设备，其特征在于：包括无磁场线扫描线圈组（3），所述无磁场线扫描线圈组（3）形成可移动的无磁场线，无磁场线移动的范围为无磁场线扫描区域（10）；还包括激励缠绕线圈（7）和检测缠绕线圈（8），激励缠绕线圈（7）的磁场覆盖区域和检测缠绕线圈（8）的检测区域均与所述无磁场线扫描区域（10）相对应。2.根据权利要求1所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述无磁场线扫描线圈组（3）包括若干组呈中心对称布置的无场线扫描线圈（12）。3.根据权利要求2所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述无场线扫描线圈（12）包括扫描线圈缠绕骨架（17），扫描线圈缠绕骨架（17）上绕制的扫描线圈包括梯度缠绕线圈（18）和偏移缠绕线圈（15），且所述偏移缠绕线圈（15）与梯度缠绕线圈（18）采用内外层布置的结构形式。4.根据权利要求3所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述呈中心对称布置的无场线扫描线圈（12）中，位于对角位置的两组扫描线圈内的梯度缠绕线圈（18）所产生的磁场方向相同，相邻的两组扫描线圈内的梯度缠绕线圈（18）所产生的磁场方向相反；并且，位于对角位置的两组扫描线圈内的偏移缠绕线圈（15）所产生的磁场方向相反。5.根据权利要求3所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述内外层布置的梯度缠绕线圈（18）和偏移缠绕线圈（15）均呈方形缠绕。6.根据权利要求3所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述扫描线圈缠绕骨架（17）的下端设置有扫描骨架固定基板（14），扫描线圈缠绕骨架（17）的上端设置有扫描骨架上部压板（13）；扫描骨架上部压板（13）和扫描骨架固定基板（14）之间形成有缠绕槽，且所述梯度缠绕线圈（18）和偏移缠绕线圈（15）均绕制于缠绕槽内。7.根据权利要求3所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述扫描线圈缠绕骨架（17）由磁芯材料制成。8.根据权利要求2所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述呈中心对称布置的无场线扫描线圈（12）的外部设置有扫描线圈组降温壳体（4），密封的扫描线圈组降温壳体（4）内充填有降温介质。9.根据权利要求8所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述无场线扫描线圈（12）的扫描线圈缠绕骨架（17）的中部设置有降温空腔，且扫描线圈缠绕骨架（17）四周的外侧壁上还设置有若干个降温通孔（20），所述降温通孔（20）分别与中部的降温空腔相连通。10.根据权利要求1所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述激励缠绕线圈（7）绕制于激励线圈缠绕骨架（6）上，所述激励线圈缠绕骨架（6）的中部设置有中部通孔（26），所述检测缠绕线圈（8）设置在中部通孔（26）处。11.根据权利要求10所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述激励线圈缠绕骨架（6）的下端设置有激励骨架固定基板（24），激励线圈缠绕骨架（6）的上端设置有激励骨架上部压板（25）；激励骨架上部压板（25）和激励骨架固定基板（24）之间形成有缠绕槽，且所述激励缠绕线圈（7）绕制于缠绕槽内。12.根据权利要求10所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述检测缠绕线圈（8）为组件，组件结构的检测缠绕线圈（8）包括至少一个差分式的缠绕线圈，所述差分式的缠绕线圈包括相互分隔开、连续布置的检测线圈正向缠绕段（34）和检测线圈反向缠绕段（35），且绕制在检测线圈缠绕骨架（36）上的检测线圈正向缠绕段（34）和检测线圈反向缠绕
段（35）的缠绕匝数、缠绕长度和缠绕层数均相同。13.根据权利要求12所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述差分式的缠绕线圈的检测线圈正向缠绕段（34）和检测线圈反向缠绕段（35），分别布置于激励线圈缠绕骨架（6）的中部通孔（26）的上方和下方。14.根据权利要求10所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述检测缠绕线圈（8）的外部设置有检测线圈降温壳体（9），密封的检测线圈降温壳体（9）内充填有降温介质。15.根据权利要求14所述的开放式磁粒子成像设备，其特征在于：所述检测线圈降温壳体（9）包括连接筒体（30），连接筒体（30）与激励线圈缠绕骨架（6）的中部通孔（26）相连，且连接筒体（30）的两端分别设置有检测线圈布置槽（31），检测线圈布置槽（31）的开口处还设置有封闭盖板（32）；所述检测缠绕线圈（8）的检测线圈缠绕骨架（36），分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：白石，侯福旭，史力伏，李天舒，杨辉，邹宇琪，张秦阳，盖伶柯，崔豪，黄平，郑福印，
申请(专利权)人：辽宁嘉玉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：