[发明专利]基于动态磁激励离子谱的骨组织无创检测方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及电磁学、医疗检测等技术领域，具体涉及基于动态磁激励离子谱的骨组织无创检测方法与装置。

背景技术

骨科是各大医院最常见的科室之一,常见病包括：骨病、骨质增生、骨折、骨质疏松、关节炎、颈椎病等。常用无创检测方法包括：X射线检查、电子计算机断层扫描（Computed Tomograhy，下文简称“CT”）和核磁共振成像技术（Magnetic Resonance Imaging， 下文简称“MRI”）。其中前两种检测方法，可检测骨骼、软组织，均采用X射线作为检测信号，存在一定的放射性污染，对人体、环境有害，且体积大、造价昂贵，不适合大范围使用。

相对于前两种检测方法，MRI对骨组织的检测更全面，精度更高，能很好地显示软组织如：骨髓、脂肪、肌肉、骨腱、韧带和软骨以及病变如：肿块、坏死、出血和水肿等。MRI采用磁信号作为检测信号，其存在无放射污染，对人无害等优点。MRI的分辨率与磁体的磁场强度密切相关，磁场强度越大，分辨率越高。MRI磁体实现方式主要有两种：超导磁体和永磁体，现有技术以前者为主。超导磁体需采用液氮实现低温超导，具有技术难度大、制造成本高、维护费用高、体积大等问题。另外永磁体虽然也可达到较高的磁场强度，但是磁体体积庞大，且磁场均匀度难以保证。因此MRI设备功耗大、体积大、造价昂贵、检查费用高，不适合大范围使用。

有鉴于此，本发明提出基于动态磁激励离子谱的骨组织无创检测方法与装置，采用宽频动态磁信号作为激励信号以测量各种离子、离子团的感应磁场的频谱特性，结合有源、无源方式局部屏蔽环境磁场干扰以提高检测精度，采用抑自感式磁场检测探头减少激励磁场直接耦合到磁场接收单元的量以提高检测分辨率，且无需磁体，可极大地减少装置体积、功耗以及造价。相对于现有的MRI系统,本发明具有体积小、精度高、功耗低、成本低、使用灵活等优点，可作为现有MRI检测的一种有效的补充方法，广泛用于医疗检测、工业检测等领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有骨组织检测技术的不足，将信息技术、电磁学原理有机地结合在一起，提出基于动态磁激励离子谱的骨组织无创检测方法与装置，具体原理如下：

从微观的角度看,生物组织均由分子、原子、离子组成。在生物组织中存在各种离子、离子基团，其质量、带电量、极性各不相同。根据麦克斯韦方程，离子在外磁场激励下，受洛仑兹力的作用转动，产生感应磁场。相对于电子来说，离子由于带有原子核，质量大很多（电子的质量比原子核小好几个数量级，通常可以忽略不计）,转动速度要慢很多。上述离子感应磁场的频率特性由转动速度成正比关系，因此相比于电子，离子感应磁场的频率小好几个量级，故本专利技术相对于MRI技术(以裸氢核的共振频率为例约400MHz），装置的数据采集难度大大降低，极大地降低硬件设计难度。

离子的质量由其结构所决定，其大小决定其感应磁场的频率特性。从整体上看，生物组织所含各种离子质量各不相同，因此该感应磁场是一个宽频信号，频谱范围可从几赫兹到几十兆赫兹。同时离子的极性和带电量决定了感应磁场的方向和大小。上述离子感应磁场的频谱特性，含频率特性、方向和大小，简称为“动态磁激励离子谱”，均由离子的本质属性决定。

骨组织含有不同的组织，包括骨质、肌肉、韧带、骨髓、骨膜、脂肪等，由于不同组织所含的主要离子成分有所差异，例如：骨质中富含钙离子（Ca²⁺）；红骨髓、骨膜中富含毛细血管、血红细胞，因此其富含亚铁离子（Fe²⁺）、钾离子（K⁺）、钠离子（Na⁺）等。因此通过分析和记录各种动态磁激励离子谱分布情况，结合麦克斯韦方程可反演出各种离子在人体内部的分布情况，实现人体内部的无创检查，包括被骨质完全包裹的骨髓。

另外肌肉、韧带上面富含丰富的神经，在骨运动时，由于神经上传导的生物电的传播，产生生物磁信号，并根据此磁信号可测得由于肌肉、韧带损伤产生的恒定磁场或者慢变化磁场，属于低频信号，频率范围是几赫兹到百赫兹以下。