[發明專利]閉孔式無場線掃描磁粒子成像裝置、系統及方法

有效

• 申請號: 202210428837.0
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114521883B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 田捷;何杰;惠輝;安羽;唐振超;鐘景
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61B5/0515
• 分類號: A61B5/0515
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

本發明屬于磁粒子成像技術領域，具體涉及一種閉孔式無場線掃描磁粒子成像裝置、系統及方法，旨在解決現有的閉孔式三維無場線電掃描MPI設備的結構復雜、空間利用率低、功耗高等問題；其中裝置包括梯度模塊、掃描模塊和感應模塊，梯度模塊用于構建、旋轉無場線梯度磁場，以使遠離無場線的磁納米粒子達到飽和；掃描模塊用于構建均勻磁場以控制無場線梯度磁場沿成像孔徑向方向或軸向方向的平移運動；感應模塊用于采集磁粒子的非線性響應信號；本發明實現了三維無場線電掃描磁粒子成像，成像的時、空分辨率和靈敏度高、不受組織深度限制，同時成像裝置具有結構簡單、空間利用率高、功耗低等優點。

技術領域

本發明屬于磁粒子成像技術領域，具體涉及一種閉孔式無場線掃描磁粒子成像裝置、系統及方法。

背景技術

磁粒子成像(MPI，Magnetic Particle Imaging)基于超順磁氧化鐵納米粒子(SPIO，Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles)在交變梯度磁場內的非線性響應來高靈敏定量獲取磁納米粒子在生物體內的濃度分布。目前的MPI系統大多是通過構建無磁場區域(Field Free Region，FFR)，即無場點(Field Free Point，FFP)或無場線(FieldFree Line，FFL)，通過高靈敏線圈接收FFR區域內磁納米粒子的磁化響應信號，并通過對FFR掃描軌跡進行空間編碼并在此基礎上進行圖像重建。相比于無場點掃描成像，無場線掃描成像的時、空分辨率和靈敏度都明顯提高。

經典的閉孔式三維無場線電掃描MPI設備至少包括5組麥克斯韋(Maxwell)線圈對和3個維度的掃描線圈（經典的掃描線圈為亥姆霍茲（Helmholtz）線圈對或螺線管），而一對長彎曲磁體可替代2組麥克斯韋線圈對以生成無場線梯度磁場，這明顯減小了梯度線圈組的結構和控制的設計、實現難度。另外，相比于亥姆霍茲（Helmholtz）線圈對，長彎曲矩形線圈能顯著提高成像孔周圍的空間利用率，讓長彎曲矩形線圈盡可能靠近成像孔，從而降低掃描線圈組的功耗。綜上，本發明提出的一種閉孔式無場線掃描磁粒子成像裝置具有結構簡單、空間利用率高、功耗低等優點。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決現有的閉孔式三維無場線電掃描MPI設備的結構復雜、空間利用率低、功耗高等問題，本發明提供了一種閉孔式無場線掃描磁粒子成像裝置、系統及方法。

本發明的第一方面提供了一種閉孔式無場線掃描磁粒子成像裝置，該裝置包括梯度模塊、掃描模塊和感應模塊，所述梯度模塊用于構建、旋轉無場線梯度磁場，以使遠離無場線的磁納米粒子達到飽和；所述梯度模塊包括第一長彎曲線圈對、第二長彎曲線圈對和麥克斯韋線圈對，所述第一長彎曲線圈對與所述第二長彎曲線圈對呈預設夾角設置；所述麥克斯韋線圈對設置于所述第一長彎曲線圈對、所述第二長彎曲線圈對的包圍空間，所述第一長彎曲線圈對與所述第二長彎曲線圈對的縱向中心軸線與所述麥克斯韋線圈對的縱向中心軸線一致設置；所述麥克斯韋線圈對套設于所述掃描模塊的外側。

所述掃描模塊用于構建均勻磁場以控制無場線梯度磁場沿成像孔徑向方向或軸向方向的平移運動；所述掃描模塊包括同軸設置的第一圓筒形線圈、第一彎曲矩形線圈對和第二彎曲矩形線圈對；所述第一彎曲矩形線圈對套設于所述第二彎曲矩形線圈對的外側，所述第一圓筒形線圈設置于所述第二彎曲矩形線圈對的內側；所述感應模塊設置于所述第一圓筒形線圈的內部。

所述感應模塊用于采集磁粒子的非線性響應信號；所述感應模塊包括同軸設置的第二圓筒形線圈、第三彎曲矩形線圈對和第四彎曲矩形線圈對；所述第三彎曲矩形線圈對套設于所述第四彎曲矩形線圈對的外側，所述第二圓筒形線圈設置于所述第四彎曲矩形線圈對的內側。

在一些優選實施例中，所述第一長彎曲線圈對包括兩個第一長彎曲線圈，兩個所述第一長彎曲線圈在第一平面內平行設置。

所述第一長彎曲線圈包括構成閉環結構的第一半圓段、第一圓弧段、第二半圓段和第二圓弧段，所述第一圓弧段、所述第二圓弧段的縱向軸線與所述第一長彎曲線圈對的縱向軸向平行設置。