[发明专利]一种基于Halbach阵列与鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪

说明书

本发明涉及一种基于Halbach阵列与鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪，属于医学成像检测技术领域。该磁粒子成像扫描仪包括Halbach四极环、鸟笼线圈和差分接收线圈。其中Halbach四极环位于鸟笼线圈外侧，用于产生磁粒子成像扫描仪的选择场，鸟笼线圈位于差分接收线圈外侧，用于产生磁粒子成像扫描仪的驱动场，使磁场自由点在特定轨迹上移动，以达到成像所需的扫描要求，差分接收线圈位于磁粒子成像扫描仪成像目标区域的外侧，用于接收磁粒子成像信号。本发明具有结构简单、成本低、检测精度高、可调整行和高度灵活性等优点，能够实现人体各部位的磁粒子成像扫描。

技术领域

本发明属于医学成像检测技术领域，涉及一种基于Halbach阵列和鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪。

背景技术

磁粒子成像(Magnetic Particle Imaging，MPI)是一种没有电离辐射的功能成像技术，作为一种新型的医学成像方式，其于2005年提出。MPI使用临床认证的超顺磁性氧化铁纳米颗粒作为示踪剂，磁纳米粒子的磁核尺寸在10～60nm的范围，随着激励磁场的变化，能够产生出高频谐波信号。MPI成像主要是利用选择场产生一个磁场自由区，利用聚焦场快速移动磁场自由区，并利用激励场(驱动场)激发磁场自由区内的磁纳米粒子的磁性方位发生反转产生高频谐波信号，利用接收线圈接收高频谐波信号，通过图像重建得到磁纳米粒子的浓度在人体内的空间分布图象。由于MPI使用的磁纳米粒子不具有放射性，成像过程也无需使用X光，因而不存在任何电离辐射，对医生和患者具有更高的安全性。MPI为了得到特定点或线的信号，需要采用梯度线圈产生一个小的磁场自由区，磁场自由区可以是一个点区域(磁场自由点)，也可以是一根线区域(磁场自由线)。MPI采用逐点扫描或逐行扫描的方式，不断移动磁场自由区进行成像，每次采集的信号仅来源于特定位置的磁场自由区，信号强度取决于磁场自由区内的磁粒子浓度。

目前商业上可用的两种临床扫描仪中的一种仅通过电磁线圈产生磁场，另一种是用电磁与永磁体的组合。由于为了提高图像分辨率，需要磁场自由点足够小，或者磁场自由线足够细，如果采用电磁线圈产生磁场的方式，则需要大功耗器件来产生足够大的电流，以此产生较大的梯度磁场来满足前述的要求，这将导致设备功耗极大。如果基于永磁体产生磁粒子成像所需的磁场，能够显著节省功耗，并且提供场强、梯度足够大的选择场，但传统的使用永磁体产生选择场的磁粒子成像扫描仪，其选择场的梯度和磁场强度无法进行灵活的调节。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实现结构简单、成本低、性能可靠、可灵活调节、功耗低的磁粒子成像扫描仪。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于Halbach阵列与鸟笼线圈的磁粒子成像扫描仪，包括Halbach四极环、鸟笼线圈和差分接收线圈。其中Halbach四极环位于鸟笼线圈外侧，用于产生磁粒子成像扫描仪的选择场，鸟笼线圈位于差分接收线圈外侧，用于产生磁粒子成像扫描仪的驱动场，使磁场自由点在特定轨迹上移动，以达到成像所需的扫描要求，差分接收线圈位于磁粒子成像扫描仪成像目标区域的外侧，用于接收磁粒子成像信号。

进一步，Halbach四极环包括嵌套设置的外环和内环，可通过调整外环和内环之间的旋转角度来调整选择场的梯度强度。

进一步，选择场的梯度强度通过下式计算：

式中，G表示选择场的梯度强度，R表示旋转矩阵，α₁、α₂分别表示外环、内环的旋转角度，G₁、G₂分别表示外环、内环的梯度强度。