[發(fā)明專(zhuān)利]磁性粒子成像系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880094384.4
• 申請(qǐng)日: 2018-05-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112400115A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肯·巴里斯·托;塞爾哈特·伊爾貝伊;阿爾珀·貢戈;侯賽因·埃姆雷·古文;圖勒加·丘庫(kù)爾;埃米內(nèi)·烏爾庫(kù)·薩麗塔斯·丘庫(kù)爾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 阿塞爾桑電子工業(yè)及貿(mào)易股份公司;伊赫桑·杜格拉納西·比爾肯特大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R33/00
• 分類(lèi)號(hào): G01R33/00;A61B5/0515;G01R33/12
• 代理公司: 北京北新智誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 王宏偉;陳小鈺

本發(fā)明公開(kāi)了一種校準(zhǔn)由磁場(chǎng)發(fā)生器和測(cè)量裝置組成的磁性粒子成像系統(tǒng)的方法，其提出了一種編碼校準(zhǔn)場(chǎng)景，該編碼校準(zhǔn)場(chǎng)景包含分布在其體積內(nèi)的多個(gè)納米粒子樣品，該編碼校準(zhǔn)場(chǎng)景大于該場(chǎng)景所在的視場(chǎng)。在視場(chǎng)上，向一個(gè)或多個(gè)方向上線性移動(dòng)和/或在一個(gè)或多個(gè)軸上旋轉(zhuǎn)該場(chǎng)景，并且進(jìn)一步地，本發(fā)明也公開(kāi)了一種用于移動(dòng)編碼校準(zhǔn)場(chǎng)景的機(jī)械系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及一種通過(guò)提出編碼校準(zhǔn)場(chǎng)景來(lái)校準(zhǔn)磁性粒子成像系統(tǒng)的方法，該編碼校準(zhǔn)場(chǎng)景包含分布在其體積內(nèi)的多個(gè)納米粒子樣品，該編碼校準(zhǔn)場(chǎng)景大于該場(chǎng)景在一個(gè)或多個(gè)方向上線性移動(dòng)和/或在一個(gè)或多個(gè)軸上旋轉(zhuǎn)的視場(chǎng)，以及進(jìn)一步地，涉及一種用于移動(dòng)編碼校準(zhǔn)場(chǎng)景的機(jī)械系統(tǒng)。

相關(guān)技術(shù)

磁性納米粒子可用于醫(yī)學(xué)中的各種目的，例如血管造影，干細(xì)胞追蹤，癌細(xì)胞和靶向藥物成像。磁性納米粒子可以使用磁性粒子成像(MPI)方法進(jìn)行非侵入式成像。在磁性粒子成像方法中，有兩種不同的方法用作圖像重建的標(biāo)準(zhǔn)。

第一種方法是美國(guó)專(zhuān)利US8355771B2中所述的系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，其中以視場(chǎng)中所需的系統(tǒng)分辨率步驟對(duì)少量納米粒子樣品進(jìn)行機(jī)械掃描，以獲得系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)[1]。使用此校準(zhǔn)數(shù)據(jù)(也稱為系統(tǒng)矩陣)生成圖像。在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)校準(zhǔn)方法中，校準(zhǔn)測(cè)量將持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)楸仨氃谝晥?chǎng)內(nèi)的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)處對(duì)樣品納米粒子進(jìn)行機(jī)械掃描和測(cè)量。從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的機(jī)械掃描時(shí)間以及獲取測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)間大約為1.3秒[2]。對(duì)于具有30x 30x 30網(wǎng)格點(diǎn)的小視場(chǎng)，校準(zhǔn)時(shí)間將持續(xù)9.75小時(shí)。在臨床實(shí)踐中，較大的成像體積校準(zhǔn)可能會(huì)持續(xù)數(shù)月。需要頻繁地校準(zhǔn)系統(tǒng)，因?yàn)橐阎氖牵{米粒子在不同批次之間特性各有不同，并且還受成像序列的影響。因此，對(duì)于大視場(chǎng)的系統(tǒng)，實(shí)際上無(wú)法采用標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)校準(zhǔn)方法。另外，由于要掃描的納米粒子必須小于或等于圖像的體素尺寸，所以掃描的樣品中的納米粒子的數(shù)量受到限制，信噪比也要很小。增加信噪比的一種方法是在同一位置采集多個(gè)數(shù)據(jù)，并平均化。因此，機(jī)械移動(dòng)不能連續(xù)進(jìn)行，掃描儀在每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)處停止，并在進(jìn)行足夠的測(cè)量以達(dá)到所需的信噪水平后移至下一個(gè)點(diǎn)。這限制了校準(zhǔn)測(cè)量的速度。

最近，在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US20150221103A中提出了一種校準(zhǔn)方法，其中在隨機(jī)位置掃描納米粒子樣品，而隨機(jī)位置數(shù)量遠(yuǎn)小于視場(chǎng)中體素的總數(shù)。根據(jù)壓縮感測(cè)理論[3]，這是可能的，因?yàn)橄到y(tǒng)矩陣在某些變換域(離散傅立葉，余弦或切比雪夫)中是稀疏的。已經(jīng)表明，該方法可以減少80-90％的掃描點(diǎn)數(shù)。除了對(duì)視場(chǎng)中的所有體素(N)進(jìn)行測(cè)量，還可以通過(guò)使用壓縮感測(cè)技術(shù)在隨機(jī)M(N)體素位置進(jìn)行較少的測(cè)量來(lái)完成系統(tǒng)校準(zhǔn)。由于不可能分析地計(jì)算出M值小至甚么程度，因此應(yīng)根據(jù)圖像質(zhì)量來(lái)選擇M/N比。在上述參考文獻(xiàn)中獲得了實(shí)驗(yàn)圖像。雖然M/N＝0.1的圖像質(zhì)量是可以接受的，但是對(duì)于較低的M/N比，圖像質(zhì)量會(huì)明顯下降。使用此方法可以10倍地減少校準(zhǔn)時(shí)間，但是由于需要對(duì)樣品進(jìn)行機(jī)械掃描，因此仍然需要非常長(zhǎng)的校準(zhǔn)時(shí)間，例如200x200x 200點(diǎn)的測(cè)量面積將需要10天以上的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。

第二種重建方法是EP3143929A1中使用的X空間方法。在這種方法中，沒(méi)有校準(zhǔn)步驟。使用用于磁性粒子成像(MPI)的信號(hào)方程模型生成圖像。通過(guò)使用MPI信號(hào)方程式，可以在時(shí)域中完成圖像重建。在這種方法中，沒(méi)有考慮到與MPI理想硬件的偏差，并且分辨率低于系統(tǒng)校準(zhǔn)方法。

A·馮·格拉迪斯(A von Gladiss)等人[2]公開(kāi)了一種用于加速校準(zhǔn)過(guò)程的電子校準(zhǔn)方法。將納米粒子樣品放置在獨(dú)立的校準(zhǔn)單元中，該校準(zhǔn)單元可以產(chǎn)生任何方向的均勻磁場(chǎng)，模擬納米粒子樣品在MPI系統(tǒng)中暴露的磁場(chǎng)。盡管此方法比標(biāo)準(zhǔn)方法提供了更快的校準(zhǔn)，但它需要使用單獨(dú)的校準(zhǔn)單元。MPI系統(tǒng)的磁場(chǎng)分布必須在視場(chǎng)中單獨(dú)測(cè)量；并且校準(zhǔn)單元的測(cè)量值必須與MPI系統(tǒng)的測(cè)量值有關(guān)。與標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)校準(zhǔn)測(cè)量一樣，由于MPI系統(tǒng)的磁場(chǎng)分布測(cè)量需要對(duì)視場(chǎng)內(nèi)的每個(gè)體素進(jìn)行機(jī)械掃描，因此電子校準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)是有限的。

發(fā)明目的