[发明专利]基于GRE图像和磁纳米粒子的温度测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于GRE图像和磁纳米粒子的温度测量方法及系统，属于纳米材料测试技术领域，包括：将磁纳米粒子导入待测对象，得到待测样品，并在已知温度下获取待测样品在多个TE时间下的GRE图像，作为对应TE时间下的参考图像；多个TE时间包含预先确定的目标TE时间；在目标时刻，获取待测样品在多个TE时间下的GRE图像，计算待测样品在各TE时间下的图像相位差ΔΦ和图像幅值变化，并拟合T2*弛豫时间；根据预先标定的相位差与磁纳米粒子浓度和温度的对应关系f(C,T)、T2*弛豫时间与磁纳米粒子浓度和温度的对应关系g(C,T)，建立模型：求解磁纳米粒子的浓度C和温度T，并将T作为待测对象的温度。本发明能够提高温度测量的精度和速度。

技术领域

本发明属于纳米材料测试技术领域，更具体地，涉及一种基于GRE图像和磁纳米粒子的温度测量方法及系统。

背景技术

温度是生命活动的重要表征，细胞活动包括分裂、代谢、基因表达等都伴随着温度的变化，因此在细胞水平上感知这些“热事件”有助于掌握细胞活动中的能量变化，这对于药物靶向、肿瘤热疗都具有重要意义。然而，由于生命体的“封闭性”，如何无创、精确的感知测量这些“热事件”成为生命医学的前沿课题与关键挑战。

近年来，磁学温度测量方法由于其良好的穿透性被认为是温度成像领域最具前景的方法之一。而磁性纳米颗粒(MNP)，例如氧化铁纳米颗粒由于其优异的磁-温特性而极具发展潜力。2009年，Weaver等人利用磁纳米粒子交流磁化强度五次与三次谐波幅值的比值，使得温度测量测量误差达到0.3K。从2011年开始，刘文中教授团队系统地对磁纳米粒子温度测量的机理进行了研究，包括磁场的激励方式以及测温模型的构建，最终实现了多场景下的温度测量。

在申请公布号为CN 110687152 A的专利申请文件中，公开了一种监控活动对象活跃度和温度的磁学方法及装置，相关技术方案具体是：对被测体进行初次核磁共振成像，得到包含共振频率和波谱半高宽信息的初次核磁共振波谱图像；将磁纳米粒子铺设被测体内直至所述磁纳米粒子抵达目标位置并达到均衡状态；经过被测体的若干个活动周期之后，对被测体再次进行核磁共振成像，得到核磁共振波谱图像；根据两次成像的共振频率和波谱半高宽的变化量与磁纳米粒子浓度和温度的相关关系，得到磁纳米粒子的浓度信息与温度信息；重复上述两步，获取磁纳米粒子浓度与温度随时间的变化情况，实现对被测体活动能力的监控。

上述专利申请文件通过采用磁纳米粒子作为传感器，可以获得共振频率和波谱半高宽的变化量与磁纳米粒子浓度和温度的相关关系，具有高的空间分辨率与温度分辨率。但是，由于波谱图像实际上是一种曲线，其成像分辨率较低，会影响温度测量的精度；并且，波谱图像的成像速度较慢，而在实际温度测量时，待测体的温度可能实时变化，因此在扫描过程中温度可能已经发生了较大的变化，这一方面会影响温度测量的精度，另一方面也无法实现对温度的实时测量。此外，波谱图像每次只能对一个样品进行成像，在长时间测量中无法利用恒温参照物来进行场漂的校正，需要在样品中添加温度不敏感的物质作为内参，这会大大增加后续数据处理的难度。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于GRE图像和磁纳米粒子的温度测量方法及系统，其目的在于，提高温度测量的精度和速度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于GRE图像和磁纳米粒子的温度测量方法，包括：

将磁纳米粒子导入待测对象，得到待测样品，并在已知温度下获取待测样品在多个TE时间下的GRE图像，作为对应TE时间下的参考图像；多个TE时间包含预先确定的目标TE时间；

在目标时刻，获取待测样品在多个TE时间下的GRE图像，计算待测样品在各TE时间下的图像相位差ΔΦ和图像幅值变化，并根据图像幅值变化拟合T2*弛豫时间；

根据预先标定的相位差与磁纳米粒子浓度和温度的对应关系f(C,T)、T2*弛豫时间与磁纳米粒子浓度和温度的对应关系g(C,T)，建立模型：