[发明专利]基于无场线有惯性扫描的磁粒子成像和热疗融合的装置

说明书

本发明属于磁粒子成像和热疗融合技术领域，具体涉及一种基于无场线有惯性扫描的磁粒子成像和热疗融合的装置、方法，旨在解决现有磁流体治疗手段缺乏图像引导治疗、精确热剂量设定、非侵入式实时温度监测和精准定位以及经典无场线扫描MPI设备在结构和控制的设计与实现上的复杂度过高的问题。本发明装置包括：磁体组、感应线圈、活体床、控制装置、显示装置、图像处理装置、冷却系统；磁体组包括一组长弯曲磁体对和一个圆筒形磁体；控制装置，配置为对目标活体对象进行扫描成像以及对设定部位进行热疗。本发明实现了具有图像引导治疗、精确热剂量设定、非侵入式实时温度监测和精准定位等特点的磁流体治疗，同时发明的装置结构和控制简单。

技术领域

本发明属于磁粒子成像和热疗融合技术领域，具体涉及一种基于无场线有惯性扫描的磁粒子成像和热疗融合的装置、方法。

背景技术

磁流体热疗利用磁纳米粒子的悬浮液，全身或局部给药，结合外部施加的交变磁场，通过称为感应的过程产生热量来消融靶组织。高于哺乳动物体温37℃时产生的热量会诱导细胞凋亡和/或增强靶组织对其他疗法（如放疗和化疗）的敏感性。虽然目前正在开发的大多数热疗技术都针对癌症治疗，但热疗也用于治疗再狭窄、去除斑块、消融神经以及通过增加局部血流量来减轻疼痛。虽然磁流体热疗可以侵入性地指向治疗部位，但通过感应非侵入性地定位热量热疗是具有挑战性的。

近年来，一种全新的基于超顺磁氧化铁纳米颗粒(SPIONs)的成像方式——磁粒子成像(MPI)被提出。该技术利用磁纳米粒子在高梯度磁场内无磁场空间的非线性响应再磁化原理来高灵敏定量获取磁纳米粒子在生物体内的三维浓度分布，由于磁纳米粒子分布区域的SAR正比于磁纳米粒子浓度，所以可以同时得到生物里内的三维SAR分布。同时，利用磁纳米粒子的弛豫效应或频谱特性对环境温度的敏感性可以获得磁纳米粒子分布区域的温度图像。MPI的上述特性为磁流体热疗的精确热剂量设定和非侵入式实时温度监测提供了绝佳选择。

目前的MPI系统大多是通过构建无磁场区域(Field Free Region，FFR)，即无场点(Field Free Point，FFP)或无场线(Field Free Line，FFL)，通过高灵敏线圈接收FFR区域内磁纳米粒子的磁化响应信号，并通过对FFR扫描轨迹进行空间编码并在此基础上进行图像重建。相比于无场点扫描成像，无场线扫描成像的时、空分辨率和灵敏度都明显提高。对FFR内的磁纳米粒子持续施加射频激励，磁纳米粒子由于弛豫效应会向周围环境释放热量，而FFR外的磁纳米粒子处于饱和状态，磁纳米粒子不会向周围环境释放热量。MPI设备的这种磁场特性为磁流体热疗的精准定位提供了绝佳选择。设想无场线围绕设定热疗部位旋转且无场线旋转中心即设定热疗部位，则设定热疗部位始终处于FFR内，因此得以持续加热；而远离设定热疗部位的磁纳米粒子所在区域处于FFR的时间很短，因此无明显磁热产生，于是实现无场线精准定位热疗。

经典的三维无场线电扫描MPI设备至少包括5组麦克斯韦(Maxwell)线圈对和3个维度的扫描线圈，结构和控制复杂。而一组长弯曲磁体对即可生成和平移无场线梯度磁场，配合长弯曲磁体对的机械旋转和活体床的平移即可实现三维无场线扫描，这极大减小了结构和控制的设计、实现难度。综上，针对现有磁流体治疗手段在图像引导治疗、精确热剂量设定、非侵入式实时温度监测和精准定位上的缺陷，同时为了简化无场线扫描MPI设备的结构和控制的设计与实现，本发明提出一种基于无场线有惯性扫描的磁粒子成像和热疗融合的装置、方法。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有磁流体治疗手段缺乏图像引导治疗、精确热剂量设定、非侵入式实时温度监测和精准定位以及经典无场线扫描MPI设备在结构和控制的设计与实现上的复杂度过高的问题，本发明提出了一种基于无场线有惯性扫描的磁粒子成像和热疗融合的装置，该装置包括：磁体组、感应线圈、活体床、控制装置、显示装置、图像处理装置、冷却系统；