一种基于气溶胶检测的磁粒子成像系统

1.本发明属于医学成像检测技术领域，涉及一种基于气溶胶检测的磁粒子成像系统。


背景技术：

[0002][0003]
在现有的医学影像技术中，基于光学的成像技术受限于成像深度，磁共振成像技术受限于成像灵敏度，核素成像技术则受限于电离辐射和成像分辨率。
[0004]
磁粒子成像(magnetic particle imaging，mpi)是一种全新的基于示踪剂的成像方式，是检测超顺磁性氧化铁纳米颗粒(spions)空间分布的示踪方法。它利用了吸入肺部中的纳米颗粒示踪剂的磁性物质，生成肺呼吸运动的实时三维图像。mpi所用示踪剂不含毒性，不会造成严重不良反应。mpi不显示解剖结构，无背景信号干扰，信号强度与示踪剂浓度成比例，是一种可以获得定量数据的检查方法。因此，磁粒子成像技术应用于肺部疾病检测具有巨大的应用前景，急需开发可靠、便于检测、轻量化的磁粒子成像设备。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于气溶胶检测的磁粒子成像系统，适用于对肺部检测，实现轻量化、无电离辐射、性能可靠的无创连续监测。
[0006]
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]
一种基于气溶胶检测的磁粒子成像系统，包括环型选择场磁体、环型驱动场磁体、发射接收线圈、喷雾器和磁纳米粒子容器。其中环型选择场磁体设置在环型驱动场磁体外侧，环型驱动场磁体设置在发射接收线圈外侧；喷雾器和磁纳米粒子容器相互连接，被测者通过硅胶管和呼吸面罩吸入含有磁纳米粒子的气溶胶实现磁粒子成像检测。
[0008]
可选地，环型选择场磁体包括磁化方向不同的圆弧形磁体或者楔形磁体，磁体外表面的磁化方向分别为南极、北极以及圆周方向。
[0009]
可选地，环型驱动场磁体包括磁化方向不同的圆弧形磁体或者楔形磁体，磁体外表面的磁化方向分别为南极、北极以及圆周方向。
[0010]
可选地，发射接收线圈采用无调谐无阻抗匹配设计；其中发射线圈为螺线管型，能发出任意波形且频率连续的激励信号；接收线圈为梯度计型线圈，能接收2次及以上高次谐波的磁粒子信号。
[0011]
可选地，该系统还包括磁粒子成像电子系统，用于控制环型驱动场磁体的旋转、产生激励信号以及磁粒子信号的采集与处理。
[0012]
本发明的有益效果在于：本发明具有传统磁粒子成像技术的高时间分辨率、高空间分辨率和高灵敏度，且无电离辐射危害的特点，结合新型选择场和驱动场磁体的轻量化设计特点，同时采用任意波形激励，可消弱弛豫效应从而增强磁粒子信号，本发明结构简单、轻量化、无电离辐射、性能可靠，可实现肺部的无创连续监测。
[0013]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0014]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0015]
图1为本发明结构示意图；
[0016]
图2为选择场磁体与驱动场磁体的磁化方向、驱动场磁体旋转以及发射接收线圈组合示意图，(a)为圆弧形磁体，(b)为楔形磁体；
[0017]
图3为选择场磁体磁化方向与选择磁场(bs)分布示意图，(a)圆弧形磁体分布和极化方向，(b)楔形磁体分布和极化方向；
[0018]
图4为驱动场磁体磁化方向和驱动磁场(bd)分布示意图，(a)圆弧形磁体分布和极化方向，(b)楔形磁体分布和极化方向；
[0019]
图5为发射接收线圈结构示意图。
[0020]
附图标记：1-环型选择场磁体；2-环型驱动场磁体；3-发射接收线圈；4-被检测者；5-硅胶管与呼吸面罩；6-磁纳米粒子容器；7-喷雾器；8-磁粒子成像电子系统。
具体实施方式
[0021]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0022]
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0023]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0024]
如图1和图2所示为基于气溶胶检测的磁粒子成像系统，该成像系统包括环型选择场磁体1、环型驱动场磁体2、发射接收线圈3、硅胶管与呼吸面罩5、磁纳米粒子容器6、喷雾器7、磁粒子成像电子系统8。其中环型选择场磁体1、环型驱动场磁体2和发射接收线圈3从
外到内依次嵌套设置；喷雾器7和磁纳米粒子容器6相连接，磁纳米粒子容器装有磁性纳米粒子，喷雾器的喷头出口压力可以调节，喷雾器提供的空气将磁性纳米粒子雾化成气溶胶；被检测者通过硅胶管与呼吸面罩5和磁纳米粒子容器6连接，吸入气溶胶状态的磁性纳米粒子，从而被检测者肺部充满气溶胶状态的磁性纳米粒子。
[0025]
环型选择场磁体1的结构类似于halbach四极磁体，有所不同的是，环型选择场磁体1采用3中磁化方向不同的圆弧形磁体或者楔形磁体构成。其中一种磁化方向为沿磁体外表面南极，一种磁化方向为沿磁体外表面北极，一种磁化方向为经过圆周方向磁化，如图3(a)或(b)所示。
[0026]
环型驱动场磁体2采用类似halbach二极磁体的结构，但与常规halbach二极磁体不同，环型驱动场磁体也可采用了3种磁化方向的圆弧形磁体或者楔形磁体，一种磁体外表面磁化为南极，一种磁体外表面磁化为北极，一种磁体经过圆周方向磁化。如图4(a)或(b)所示。
[0027]
如图5所示为发射接收线圈的结构，发射与接收线圈均采用非常规的无调谐无阻抗匹配设计，传统发射接收线圈需要调谐匹配和带阻滤波，本发明中，发射接收线圈不做调谐匹配和带阻滤波，但在发射线圈中增加限流电阻。其中发射线圈为螺线管型，可实现任意波形(正弦波、矩形脉冲波、三角波等)连续频率的激励，接收线圈为梯度计型线圈，可实现磁粒子信号2次谐波以及以上高次谐波的信号接收。
[0028]
磁粒子成像电子系统8用于完成环型驱动场磁体的旋转控制、任意波形(正弦波、矩形脉冲波、三角波等)连续频率的信号激励、磁粒子信号2次以及以上高次谐波的信号采集与显示等。
[0029]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种基于气溶胶检测的磁粒子成像系统，其特征在于：包括环型选择场磁体、环型驱动场磁体、发射接收线圈、喷雾器和磁纳米粒子容器；所述环型选择场磁体设置在所述环型驱动场磁体外侧，环型驱动场磁体设置在所述发射接收线圈外侧；所述喷雾器和磁纳米粒子容器相互连接；被测者通过硅胶管和呼吸面罩吸入含有磁纳米粒子的气溶胶实现磁粒子成像检测。2.根据权利要求1所述的磁粒子成像系统，其特征在于：所述环型选择场磁体包括磁化方向不同的圆弧形磁体或者楔形磁体，磁体外表面的磁化方向分别为南极、北极以及圆周方向。3.根据权利要求1所述的磁粒子成像系统，其特征在于：所述环型驱动场磁体包括磁化方向不同的圆弧形磁体或者楔形磁体，磁体外表面的磁化方向分别为南极、北极以及圆周方向。4.根据权利要求1所述的磁粒子成像系统，其特征在于：所述发射接收线圈采用无调谐无阻抗匹配设计；其中发射线圈为螺线管型，能发出任意波形且频率连续的激励信号；接收线圈为梯度计型线圈，能接收2次及以上高次谐波的磁粒子信号。5.根据权利要求1所述的磁粒子成像系统，其特征在于：该系统还包括磁粒子成像电子系统，所述磁粒子成像电子系统用于控制环型驱动场磁体的旋转、产生激励信号以及磁粒子信号的采集与处理。

技术总结
本发明涉及一种基于气溶胶检测的磁粒子成像系统，属于医学检测技术领域。该成像系统包括环型选择场磁体、环型驱动场磁体、发射接收线圈、喷雾器和磁纳米粒子容器。环型选择场磁体设置在所述环型驱动场磁体外侧，环型驱动场磁体设置在发射接收线圈外侧；喷雾器和磁纳米粒子容器相互连接。被测者通过硅胶管和呼吸面罩吸入含有磁纳米粒子的气溶胶实现磁粒子成像检测。本发明结构简单、轻量化、无电离辐射、性能可靠，可实现肺部的无创连续监测。可实现肺部的无创连续监测。可实现肺部的无创连续监测。


技术研发人员：贺中华 陈煦 陈韦旭
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/7/13