基于磁体旋转和射频相位编码的便携式磁共振成像系统

1.本发明属于医学成像检测技术领域，涉及一种基于磁体旋转和射频相位编码的便携式磁共振成像系统。


背景技术：

2.传统的高场磁共振成像(mri)扫描仪已经在头痛、肿瘤、中风、癫痫等相关的脑诊断成像方面应用很广，但mri扫描仪的使用受到场地要求特殊、体积大和成本高的严重限制。当前脑卒中的检测主要依靠ct和mri等影像设备，但其无法满足连续监护、急救后送以及社区医疗等需要。地震等自然灾害、交通事故、战争等造成的创伤性脑损伤也缺少现场诊断设备。
3.便携式计算机断层扫描(ct)扫描仪的日益普及表明了对低成本便携式成像诊断的需求。与ct成像相对比，磁共振成像具有无电离辐射伤害的优点。低成本便携式mri扫描仪可开展脑卒中的早期诊断，确定中风后需要第一时间确定是否脑出血，如果没有出血，则需要使用溶栓药物分解血栓；低成本便携式mri扫描仪也可开展重症监护室(icus)的患者图像监护，可对创伤性脑损伤(tbi)成像，可在偏远地区开展健康检查。
4.目前传统核磁共振成像设备主要采用c型磁体或h型磁体，采用轭铁形成磁路，因此重量常超出1吨，这极大影响了核磁共振系统的成本和便携式检测。同时传统的核磁共振系统采用梯度线圈子系统，需要三路高精度的梯度电流源，使用成本较高。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种成本低、轻量化、无创伤、可连续监测的基于磁体旋转和射频相位编码的便携式磁共振成像系统。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于磁体旋转和射频相位编码的便携式磁共振成像系统，其包括halbach磁体1、射频相位编码线圈2、接收线圈阵列3以及磁体旋转与支撑系统4。其中halbach磁体1、射频相位编码线圈2和接收线圈阵列3依次嵌套设置。磁体旋转与支撑系统4用于承载halbach磁体1并驱动其转动；halbach磁体1用于产生主磁场以磁化被测物中的氢质子；射频相位编码线圈2产生射频磁场用于编码磁共振图像；接收线圈阵列3用于接收磁共振信号。
8.可选地，halbach磁体由单磁环层叠构成，具体地，由12个单磁环层叠组成halbach磁体的环组，同时还包括2个位于所述环组轴向两端的单磁环，用于消除环组有限长的边缘效应。其中，组成环组的12个单磁环的半径采用遗传算法来进行优化。
9.可选地，射频相位编码线圈2包括一鸟笼线圈和一麦克斯韦线圈，麦克斯韦线圈套设在鸟笼线圈轴向的两端。
10.可选地，接收线圈阵列3可为矩鞍型线圈阵列或圆鞍型线圈阵列，线圈阵列由两两成对的线圈相对放置构成，相对放置是指，一对线圈中的两个线圈关于接收线圈阵列3的轴
线对称的放置。
11.当线圈阵列为一对线圈相对放置时，接收线圈阵列3需与halbach磁体1一起旋转以实现磁共振成像；当线圈阵列为不少于两对线圈相对放置时，接收线圈阵列3不与halbach磁体1一起旋转也可实现磁共振成像。
12.可选地，磁体旋转与支撑系统4包括一箱体，以及设置在箱体顶部的导轨、置于箱体内部的电机和设置在箱体底部的滑轮。电机用于驱动导轨旋转，并带动导轨上方放置的halbach磁体1转动。导轨通过齿轮带动halbach磁体1转动。
13.本发明的有益效果在于：本发明通过导轨带动磁体旋转，利用主磁场的不均匀度所产生的梯度，采用旋转空间编码磁场方法和滤波反投影算法实现(y方向、z方向)二维成像，因此不需要常规磁共振成像的梯度线圈和梯度功率放大器系统，同时，通过接收线圈阵列形成射频磁场实现x方向的一维成像，最终可实现磁共振成像系统的三维成像，减小了成像系统的体积，降低了成本。此外，本发明采用滑轮箱放置磁体，实现了磁共振成像系统的便携性。
14.本发明提供的低成本便携式mri系统适用于脑部对脑卒中检测、重症监护室的患者图像监护、创伤性脑损伤成像，可在偏远地区开展健康检查，实现轻量化、性能可靠的无创连续监测，具有广泛的应用前景。
15.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
16.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：
17.图1为本发明便携式磁共振成像系统整体示意图；
18.图2为halbach磁体结构示意图；
19.图3为射频相位编码线圈结构示意图；
20.图4为射频相位编码示意图；
21.图5为接收线圈阵列示意图，(a)为矩鞍型线圈，(b)为圆鞍型线圈；
22.图6为磁体旋转示意图。
23.附图标记：1-halbach磁体；2-射频相位编码线圈；3-接收线圈阵列；4-磁体旋转与支撑系统。
具体实施方式
24.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
spatial encoding，trase)，如图4所示，在发射射频磁场b1中采用线性相位梯度来编码一个维度(x方向)的磁共振图像，不需要传统的主磁场b0梯度切换，降低了成本和重量。
31.接收线圈阵列3可以采用多个鞍型线圈组成的接收线圈阵列，可采用矩鞍型线圈阵列或圆鞍型线圈阵列。例如，采用两个180
°
相对放置的矩鞍型线圈或圆鞍形线圈，磁共振成像工作时需要与磁体一起旋转；或者可采用放置在圆柱形面上组成一圈的多对矩形或圆形线圈阵列，其中每一对线圈需要相对放置，如图5(a)和(b)所示，磁体工作时，不需与磁体一起旋转，但线圈数量增多，线圈之间存在互感耦合，因此线圈之间需要解耦。解耦可以用解耦电路实现，也可以采用相邻线圈之间重叠一部分来实现。
32.磁体旋转与支撑系统4包括一铝质箱体，以及设置在箱体顶部的导轨、置于箱体内部的电机和设置在箱体底部的万向轮。其中导轨为双导轨，电机驱动双导轨旋转，双导轨通过齿轮带动其上方放置的halbach磁体1转动，如图6所示。磁体旋转与支撑系统4可通过利用主磁场的不均匀度，采用旋转空间编码磁场方法和滤波反投影算法实现(y方向、z方向)二维成像，因此不需要常规磁共振成像的梯度线圈和梯度功率放大器系统，同时，沿着旋转磁体的轴向方向(x方向)采用射频相位编码和正则化最小二乘法方法，最终实现三维成像。
33.halbach磁体的安装固定壳体可采用3d打印，磁体支撑壳体采用无磁性的铝壳，磁体旋转轴承采用铜材，在磁体运输移动时有磁体固定装置，在磁体工作转动时有安全防护装置。
34.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：
1.一种基于磁体旋转和射频相位编码的便携式磁共振成像系统，其特征在于：该系统包括halbach磁体(1)、射频相位编码线圈(2)、接收线圈阵列(3)以及磁体旋转与支撑系统(4)；所述halbach磁体(1)、射频相位编码线圈(2)和接收线圈阵列(3)依次嵌套设置；所述磁体旋转与支撑系统(4)用于承载所述halbach磁体(1)并驱动其转动；所述halbach磁体(1)用于产生主磁场以磁化被测物中的氢质子；所述射频相位编码线圈(2)产生射频磁场用于编码磁共振图像；所述接收线圈阵列(3)用于接收磁共振信号。2.根据权利要求1所述的便携式磁共振成像系统，其特征在于：所述halbach磁体(1)由单磁环层叠构成，具体地，由12个单磁环层叠组成halbach磁体(1)的环组，同时还包括2个位于所述环组轴向两端的单磁环，用于消除环组有限长的边缘效应。3.根据权利要求1所述的便携式磁共振成像系统，其特征在于：所述射频相位编码线圈(2)包括一鸟笼线圈和一麦克斯韦线圈，所述麦克斯韦线圈套设在所述鸟笼线圈轴向的两端。4.根据权利要求1所述的便携式磁共振成像系统，其特征在于：所述接收线圈阵列(3)为矩鞍型线圈阵列或圆鞍型线圈阵列，线圈阵列由两两成对的线圈相对放置构成。5.根据权利要求4所述的便携式磁共振成像系统，其特征在于：线圈阵列为一对线圈相对放置时，接收线圈阵列(3)需与halbach磁体(1)一起旋转以实现磁共振成像；线圈阵列为不少于两对线圈相对放置时，接收线圈阵列(3)不与halbach磁体(1)一起旋转。6.根据权利要求1所述的便携式磁共振成像系统，其特征在于：所述磁体旋转与支撑系统(4)包括一箱体，以及设置在所述箱体顶部的导轨、置于所述箱体内部的电机和设置在所述箱体底部的滑轮；所述电机驱动导轨旋转，并带动所述导轨上方放置的halbach磁体(1)转动。7.根据权利要求6所述的便携式磁共振成像系统，其特征在于：所述导轨通过齿轮带动所述halbach磁体(1)转动。

技术总结
本发明涉及一种基于磁体旋转和射频相位编码的便携式磁共振成像系统，属于医学成像检测技术领域。该系统包括Halbach磁体、射频相位编码线圈、接收线圈阵列以及磁体旋转与支撑系统。其中Halbach磁体、射频相位编码线圈和接收线圈阵列依次嵌套设置。磁体旋转与支撑系统用于承载Halbach磁体并驱动其转动；Halbach磁体用于产生成像磁场，射频相位编码线圈用于编码磁共振图像，接收线圈阵列用于接收磁共振信号。磁体旋转与支撑系统包括一箱体、导轨、电机和滑轮。电机用于驱动导轨旋转，并带动导轨上方放置的Halbach磁体1转动。本发明设备成本低，方便携带，可实现轻量化、性能可靠的无创连续监测。续监测。续监测。


技术研发人员：贺中华 雷舒畅 刘煜辉
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/20