无梯度线圈竖向磁粒子成像设备、成像系统及成像方法

技术领域

本发明涉及医学成像相关技术领域，具体涉及一种无梯度线圈竖向磁粒子成像设备、成像系统及成像方法。

背景技术

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是一种医学成像技术，利用磁场和射频电波形成人体解剖或生理过程的图像。在人类和其他生物有机体中，氢原子含量丰富，最常用于检测。MRI检查过程如下：无线电波脉冲激发位于磁场中的氢原子，氢原子产生能量跃迁，发出射频信号，该信号由位于待检测器官周围的天线接收，经过图像处理，形成图像。MRI通过磁场梯度将信号进行空间定位；通过改变脉冲序列参数，在不同组织之间产生不同的信号强度，从而形成图像对比度。氢原子在水和脂肪中含量尤其丰富，因此，大多数磁共振图像可认为绘制体内水和脂肪的分布。当前主流的MRI成像核心部件成像核心部件均为电磁，然而基于电磁的MRI很耗能，便携性差。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了一种无梯度线圈竖向磁粒子成像设备、成像系统及成像方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无梯度线圈竖向磁粒子成像设备，包括多个环形的海尔贝克阵列模块、旋转机构、平移机构和升降机构，所述旋转机构安装在所述升降机构的升降端，所述平移机构安装在所述旋转机构的旋转端，多个环形的海尔贝克阵列模块上下间隔固定在所述平移机构的平移端；多个环形的海尔贝克阵列模块中，相邻两个海尔贝克阵列模块的平面磁场方向差异为180°，所述旋转机构的中心轴线以及多个环形的海尔贝克阵列模块的中心轴线均竖直布置。

本发明的有益效果是：本发明的成像设备，采用旋转机构、平移机构和升降机构驱动多个海尔贝克阵列模块进行三维运动，将通过器械原理调控基于永磁的MPI成像磁场于样本之间的空间位置，从而实现三维功能造影，并且设备具有便携式，低耗能的特点。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，多个所述海尔贝克阵列模块的尺寸相同。

采用上述进一步方案的有益效果是：便于使多个海尔贝克阵列模块的平面磁场方向相反，并形成垂直的静态无场线。

进一步，所述平移机构的平移端设有竖直布置的支撑杆，多个所述海尔贝克阵列模块的外环侧壁均固定在所述支撑杆上。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置支撑杆，方便将两个海尔贝克阵列模块同轴固定在平移机构的平移端。

进一步，所述旋转机构的旋转端运行区域为圆弧形。

采用上述进一步方案的有益效果是：使两个海尔贝克阵列模块沿圆周方向做旋转运动。

进一步，所述圆弧形的角度为至少180°。

进一步，多个所述海尔贝克阵列模块之间产生一个垂直的静态无场线。

进一步，多个环形的海尔贝克阵列模块包括第一海尔贝克阵列模块和第二海尔贝克阵列模块；所述第一海尔贝克阵列模块包括第一环形外壳和第一永磁体集，所述第一永磁体集设置在所述第一环形外壳内；所述第二海尔贝克阵列模块包括第二环形外壳和第二永磁体集，所述第二永磁体集设置在所述第二环形外壳内。

进一步，所述第一环形外壳和第二环形外壳均采用塑料材质或亚克力材质制成。

成像系统，包括上述无梯度线圈竖向磁粒子成像设备，还包括激励与接受模块、图像重建模块，所述激励与接受模块设置在多个所述海尔贝克阵列模块之间，所述激励与接受模块与所述图像重建模块信号连接。

本发明的有益效果是：本发明的成像系统，将通过器械原理调控基于永磁的MPI成像磁场于样本之间的空间位置，从而实现三维功能造影，并且设备具有便携式，低耗能的特点。

成像方法，采用上述成像系统实现，包括以下步骤：

S1，将具有磁纳米粒子的待检测物置于多个海尔贝克阵列模块的下方，启动升降机构，使多个海尔贝克阵列模块均套设于待检测物上；

S2，维持相邻两个海尔贝克阵列模块之间的平面磁场方向差异为180°，使多个海尔贝克阵列模块之间的间隔中产生一个垂直的静态无场线；启动旋转机构，并使多个海尔贝克阵列模块同时逐渐旋转180°范围，使所述静态无场线旋转扫描180°，以使激励与接受模块得到特定频率的谐波信号；

S3，启动平移机构，调控使所述静态无场线平移第一预设距离，返回执行S2，和/或，启动升降机构，调控使所述静态无场线竖直移动第二预设距离，返回执行S2；

S4，图像重建模块利用激励与接受模块反馈的特定频率的谐波信号，生成三维图像。

本发明的有益效果是：本发明将通过器械原理调控基于永磁的MPI成像磁场于样本之间的空间位置，从而实现三维功能造影，并且设备具有便携式，低耗能的特点。

附图说明

图1为本发明无梯度线圈竖向磁粒子成像设备的立体结构示意图；

图2为本发明无梯度线圈竖向磁粒子成像设备的俯视结构示意图；

图3为本发明第一海尔贝克阵列模块的结构原理图；

图4为本发明第二海尔贝克阵列模块的结构原理图；

图5为本发明第一海尔贝克阵列模块和第二海尔贝克阵列模块配合的结构原理图；

图6为本发明无梯度线圈竖向磁粒子成像设备使用状态的原理示意图一；

图7为本发明无梯度线圈竖向磁粒子成像设备使用状态的原理示意图二。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、升降机构；200、旋转机构；300、平移机构；301、支撑杆；400、第一海尔贝克阵列模块；401、第二海尔贝克阵列模块；500、第一永磁体集；501、第二永磁体集；600、静态无场线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1～图7所示，本实施例的一种无梯度线圈竖向磁粒子成像设备，包括多个环形的海尔贝克阵列模块、旋转机构200、平移机构300和升降机构100，所述旋转机构200安装在所述升降机构100的升降端，所述平移机构300安装在所述旋转机构200的旋转端，多个环形的海尔贝克阵列模块上下间隔固定在所述平移机构300的平移端；多个环形的海尔贝克阵列模块中，相邻两个海尔贝克阵列模块的平面磁场方向差异为180°，所述旋转机构200的中心轴线以及多个环形的海尔贝克阵列模块的中心轴线均竖直布置。

具体的，本实施例采用两个环形的海尔贝克阵列模块，分别为第一海尔贝克阵列模块400和第二海尔贝克阵列模块401，所述第一海尔贝克阵列模块400和第二海尔贝克阵列模块401上下间隔固定在所述平移机构300的平移端；所述第一海尔贝克阵列模块400的平面磁场方向和第二海尔贝克阵列模块401的平面磁场方向差异为180°，所述旋转机构200的中心轴线、所述第一海尔贝克阵列模块400的中心轴线和第二海尔贝克阵列模块401的中心轴线均竖直布置。

如图1、图3～图6所示，本实施例的所述第一海尔贝克阵列模块400的尺寸与第二海尔贝克阵列模块401的尺寸相同。便于使两个海尔贝克阵列模块的平面磁场方向相同，并形成静态无场线600。

如图1所示，本实施例的一个优选方案为，所述平移机构300的平移端设有竖直布置的支撑杆301，所述第一海尔贝克阵列模块400的外环侧壁和第二海尔贝克阵列模块401的外环侧壁均固定在所述支撑杆301上。通过设置支撑杆，方便将两个海尔贝克阵列模块同轴固定在平移机构的平移端。

如图1和图2所示，本实施例的所述旋转机构200的旋转端运行区域为圆弧形，使两个海尔贝克阵列模块沿圆周方向做旋转运动。

本实施例的一个优选方案为，所述圆弧形的角度为至少180°。

如图3和图4所示，本实施例的多个所述海尔贝克阵列模块之间产生一个垂直的静态无场线。具体的，所述第一海尔贝克阵列模块400和第二海尔贝克阵列模块401之间的间隔中产生一个垂直的静态无场线。

如图3和图4所示，具体的，所述第一海尔贝克阵列模块400包括第一环形外壳和第一永磁体集500，所述第一永磁体集500设置在所述第一环形外壳内；其中，所述第一永磁体集500均隔间的设置在第一环形外壳内；所述第二海尔贝克阵列模块401包括第二环形外壳和第二永磁体集501，所述第二永磁体集501设置在所述第二环形外壳内；其中，所述第二永磁体集501均隔间的设置在第二环形外壳内。其中，图3和图4中，中心位置的箭头方向为两个海尔贝克阵列模块的磁场方向。

具体的，所述第一环形外壳和第二环形外壳均采用塑料材质或亚克力材质制成。

本实施例的成像设备，采用旋转机构、平移机构和升降机构驱动多个海尔贝克阵列模块进行三维运动，将通过器械原理调控基于永磁的MPI成像磁场于样本之间的空间位置，从而实现三维功能造影，并且设备具有便携式，低耗能的特点。

本实施例还提供了一种成像系统，包括上述无梯度线圈竖向磁粒子成像设备，还包括激励与接受模块、图像重建模块，所述激励与接受模块设置在多个所述海尔贝克阵列模块之间，具体可设置在所述第一海尔贝克阵列模块400和第二海尔贝克阵列模块401之间，所述激励与接受模块与所述图像重建模块信号连接。

其中，所述激励与接受模块包括环形激励与接受一体线圈。环形激励与接受一体线圈配置于第一海尔贝克阵列模块400和第二海尔贝克阵列模块401的正中间，可将环形激励与接受一体线圈固定在第一海尔贝克阵列模块400和/或第二海尔贝克阵列模块401的内环侧。所述图像重建模块包括触屏显示器和计算机，所述计算机内存储有磁粒子成像单元。

本实施例的成像系统，将通过器械原理调控基于永磁的MPI成像磁场于样本之间的空间位置，从而实现三维功能造影，并且设备具有便携式，低耗能的特点。

本实施例还提供了一种成像方法，采用上述成像系统实现，包括以下步骤：

S1，将具有磁纳米粒子的待检测物置于第一海尔贝克阵列模块400和第二海尔贝克阵列模块401的下方，启动升降机构100，使第一海尔贝克阵列模块400和第二海尔贝克阵列模块401套设于待检测物上；

S2，维持第一海尔贝克阵列模块400和第二海尔贝克阵列模块401之间的平面磁场方向差异为180°，使第一海尔贝克阵列模块400和第二海尔贝克阵列模块401之间的间隔中产生一个垂直的静态无场线；启动旋转机构200，并使第一海尔贝克阵列模块400和第二海尔贝克阵列模块401同时逐渐旋转180°范围，使所述静态无场线旋转扫描180°，以使激励与接受模块得到特定频率的谐波信号；

S3，启动平移机构300，调控使所述静态无场线600平移第一预设距离，返回执行S2，和/或，启动升降机构100，调控使所述静态无场线600竖直移动第二预设距离，返回执行S2；

S4，图像重建模块利用激励与接受模块反馈的特定频率的谐波信号，生成三维图像。

具体的，图像重建模块控制所述激励与接受模块通过特定频率的正弦波电流发射激动静态无场线中的待检测物中的磁纳米粒子产生非线性磁感应信号，再利用激励与接受模块接收反馈的特定频率的谐波信号，并将特定频率的谐波信号发送至图像重建模块；所述图像重建模块根据所述特定频率的谐波信号生成三维图像并进行显示。

在一些优选的实施方式中，所述磁粒子成像单元进行正弦图反投影法重建磁粒子一个高度的二维图像，叠加不同高度的图像最终实现三维图像。

为了更清晰地对本发明一种无梯度线圈竖向磁粒子成像设备、成像系统及成像方法进行说明，下面结合附图，对本发明装置一种实施例中进行展开详述。

如图6所示，将待检测物患者保持坐席姿态，本发明可以便携地移动到动物脑部为核心扫描对象，无需传统磁性设备的特殊屏蔽环境，在患者被注射超顺磁纳米粒子(SPION)后，低耗电，低噪音地进行头部功能扫描。

如图7所示，将SPION倒进植物对象的营养液后，进行植物功能成像，分析植物内部的分子吸收及传达功能。

本实施例将通过器械原理调控基于永磁的MPI成像磁场于样本之间的空间位置，从而实现三维功能造影，并且设备具有便携式，低耗能的特点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。