[发明专利]闭孔式无场线扫描磁粒子成像装置、系统及方法

说明书

本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种闭孔式无场线扫描磁粒子成像装置、系统及方法，旨在解决现有的闭孔式三维无场线电扫描MPI设备的结构复杂、空间利用率低、功耗高等问题；其中装置包括梯度模块、扫描模块和感应模块，梯度模块用于构建、旋转无场线梯度磁场，以使远离无场线的磁纳米粒子达到饱和；扫描模块用于构建均匀磁场以控制无场线梯度磁场沿成像孔径向方向或轴向方向的平移运动；感应模块用于采集磁粒子的非线性响应信号；本发明实现了三维无场线电扫描磁粒子成像，成像的时、空分辨率和灵敏度高、不受组织深度限制，同时成像装置具有结构简单、空间利用率高、功耗低等优点。

技术领域

本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种闭孔式无场线扫描磁粒子成像装置、系统及方法。

背景技术

磁粒子成像(MPI，Magnetic Particle Imaging)基于超顺磁氧化铁纳米粒子(SPIO，Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles)在交变梯度磁场内的非线性响应来高灵敏定量获取磁纳米粒子在生物体内的浓度分布。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(FieldFree 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。

经典的闭孔式三维无场线电扫描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（经典的扫描线圈为亥姆霍兹（Helmholtz）线圈对或螺线管），而一对长弯曲磁体可替代2组麦克斯韦线圈对以生成无场线梯度磁场，这明显减小了梯度线圈组的结构和控制的设计、实现难度。另外，相比于亥姆霍兹（Helmholtz）线圈对，长弯曲矩形线圈能显著提高成像孔周围的空间利用率，让长弯曲矩形线圈尽可能靠近成像孔，从而降低扫描线圈组的功耗。综上，本发明提出的一种闭孔式无场线扫描磁粒子成像装置具有结构简单、空间利用率高、功耗低等优点。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的闭孔式三维无场线电扫描MPI设备的结构复杂、空间利用率低、功耗高等问题，本发明提供了一种闭孔式无场线扫描磁粒子成像装置、系统及方法。

本发明的第一方面提供了一种闭孔式无场线扫描磁粒子成像装置，该装置包括梯度模块、扫描模块和感应模块，所述梯度模块用于构建、旋转无场线梯度磁场，以使远离无场线的磁纳米粒子达到饱和；所述梯度模块包括第一长弯曲线圈对、第二长弯曲线圈对和麦克斯韦线圈对，所述第一长弯曲线圈对与所述第二长弯曲线圈对呈预设夹角设置；所述麦克斯韦线圈对设置于所述第一长弯曲线圈对、所述第二长弯曲线圈对的包围空间，所述第一长弯曲线圈对与所述第二长弯曲线圈对的纵向中心轴线与所述麦克斯韦线圈对的纵向中心轴线一致设置；所述麦克斯韦线圈对套设于所述扫描模块的外侧。

所述扫描模块用于构建均匀磁场以控制无场线梯度磁场沿成像孔径向方向或轴向方向的平移运动；所述扫描模块包括同轴设置的第一圆筒形线圈、第一弯曲矩形线圈对和第二弯曲矩形线圈对；所述第一弯曲矩形线圈对套设于所述第二弯曲矩形线圈对的外侧，所述第一圆筒形线圈设置于所述第二弯曲矩形线圈对的内侧；所述感应模块设置于所述第一圆筒形线圈的内部。

所述感应模块用于采集磁粒子的非线性响应信号；所述感应模块包括同轴设置的第二圆筒形线圈、第三弯曲矩形线圈对和第四弯曲矩形线圈对；所述第三弯曲矩形线圈对套设于所述第四弯曲矩形线圈对的外侧，所述第二圆筒形线圈设置于所述第四弯曲矩形线圈对的内侧。

在一些优选实施例中，所述第一长弯曲线圈对包括两个第一长弯曲线圈，两个所述第一长弯曲线圈在第一平面内平行设置。

所述第一长弯曲线圈包括构成闭环结构的第一半圆段、第一圆弧段、第二半圆段和第二圆弧段，所述第一圆弧段、所述第二圆弧段的纵向轴线与所述第一长弯曲线圈对的纵向轴向平行设置。