[发明专利]一种采用直导线激励的磁粒子扫描成像设备

说明书

本发明公开了一种采用直导线激励的磁粒子扫描成像设备，包括：圆筒状的激励结构，包括多根直导线；位于圆筒轴截面的每两根直导线构成一对平行激励导线；接收线圈对，分别位于圆筒的两底面；扫描驱动装置，带动激励结构围绕成像中心转动至不同空间角度；电流激励装置，向平行激励导线施加电流产生激励磁场，一直导线的电流逐步增加，另一直导线的电流同步减小，每调整一次经历半个余弦振荡周期；数据采集装置，在每半个余弦振荡周期内采集感应电压作为响应信号；成像处理装置，根据在各空间角度下所采集的响应信号的目标特征为成像目标进行磁粒子成像。本发明具有较大的成像视野和较高的图像空间分辨率，可用于人体临床扫描成像。

技术领域

本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种采用直导线激励的磁粒子扫描成像设备。

背景技术

临床医学成像技术主要分为两类：一类是结构成像，一类是功能成像。其中，结构成像主要是显示出人体内部的器官和组织结构，成像方法有超声，磁共振成像，CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)等。功能成像是显示出血管、器官、组织和细胞的功能，成像方法有DSA(Digital Subtraction Angiography，数字减影血管造影)、PET(Positron Emission Computed Tomography，正电子发射型计算机断层显像)、SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography，单光子发射计算机断层成像术)以及CTA(CT angiography，CT血管造影)等技术。

医学功能成像通常需要往生物体注射示踪剂。示踪剂如果本身带有放射性，可以直接用探测器进行成像，如PET和SPECT技术。示踪剂如果本身不带放射性(如含碘的造影剂)，则必须需要通过X光扫描进行成像，如CTA和DSA技术。因此，无论示踪剂是否带有放射性，这两类成像方式都不可避免地对病患和医生造成一定的电离辐射危害。

磁粒子成像是一种没有电离辐射的功能成像技术。磁粒子是超顺磁性氧化铁纳米颗粒，其尺寸范围为10nm～60nm。磁粒子通过肝脏进行代谢，对肾脏没有负担，是一种更为安全的示踪剂。并且，磁粒子成像不使用X光实现成像，没有电离辐射的危害。

磁粒子成像的基本原理是成像目标内分布的磁粒子可随外部激励磁场的变化产生出高频的谐波信号；通过接收线圈采集这些信号，利用图像重建的方法便可以得到磁粒子浓度的空间分布图像，该图像便可显示出成像目标的内部影像。

现有的磁粒子成像技术需要逐点检测或逐线检测成像目标内部的磁粒子浓度信息。为了得到这些特定的点或线处的磁粒子浓度信息，需要采用梯度线圈产生一个磁场自由区，该磁场自由区可以是一个点区域(磁场自由点)，也可以是一根线(磁场自由线)。磁场自由区内的磁粒子被另一激励磁场驱动着产生高频的谐波信号，从而对接收线圈的感应电压产生贡献；而磁场自由区外面的磁粒子被强磁场束缚住，不能被激励磁场驱动，从而对接收线圈的感应电压则没有贡献。这样，每次采集的信号只来源于当前位置的磁场自由区，信号强度仅取决于当前磁场自由区内的磁粒子浓度。

然而，改变磁场自由区的位置需要借助额外的聚焦场或驱动场，使得整个成像设备规模和功耗都比较大。并且，为了提高成像图像的分辨率，需要磁场自由区足够小，这就需要大功率器件来产生足够大的电流来产生大的梯度场；此外，磁场自由区越小，对整个成像目标进行成像就需要采集更多的点，导致扫描时间变长，而扫描时间的增加又增大了磁粒子的弛豫效应，使得磁场自由区的移动发生滞后和延迟，造成最终的成像图像变得模糊。以上种种因素，使得现有磁粒子成像技术在20cm的视野下，图像分辨率只能达到5mm，目前仅能应用于小老鼠般大小(3cm～5cm)的目标的成像。而对人体目标进行成像的扫描视野通常需要20cm～50cm，现有的磁粒子成像技术无法做到。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种采用直导线激励的磁粒子扫描成像设备。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：