[发明专利]一种旋转梯度磁场的生成装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转磁场的发生装置。

背景技术

磁颗粒成像是一种新的成像方法，其原理是基于超顺磁纳米颗粒的非线性磁化特性，通过空间的磁场陷阱来获取特定位置的磁颗粒浓度分布，从而获得磁纳米颗粒的空间断层成像。

为了实现对磁纳米颗粒的空间定位，最初的磁场陷阱使用的是零磁场点的方式，也就是采用一个Maxwell线圈对，从而在空间中将产生一个零磁场点，通过迅速上升的梯度场使得其他区域的磁纳米颗粒被饱和，从而将仅获得零磁场强度点处的磁纳米颗粒含量(Bernhard Gleich,Jurgen Weizenecker."Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles",Nature,Vol 435,30,2005)。为了进一步提高成像的灵敏度以及成像速度，人们提出了零磁场线的概念。从理论上讲，零磁场线将能够将磁颗粒成像的信号提高近10倍(Juergen Weizenecker,Bernhard Gleich and Joern Borgert."Magnetic particle imaging using a field free line",J.Phys.D:Appl.Phys.41,2008)。由于成像可以通过投影重建的思想来进行，因而零磁场线可以充当投影线的作用。但是需要将该投影线以旋转的方式来探测断层成像层面，目前主要有两种方式来实现这种旋转，一种是机械式的旋转，也就是首先通过两对互相垂直的Maxwell线圈对生成零磁场线，然后通过机械旋转的方式来使整个磁体旋转(Tobias Knopp,Marlitt Erbe,Timo F.Sattel,Sven Biederer,and Thorsten M.Buzug."Generation of a static magnetic field-free line using two Maxwell coil pairs",Appl.Phys.Lett.97,2010)。另一种是电力驱动式的旋转，也就是磁体本身不动，通过改变组成线圈的电流相位来实现磁场旋转，这样可以达到更高的扫描速度，以及避免因为机械误差带来的图像重建问题(T Knopp,T F Sattel,S Biederer and T M Buzug."Field-free line formation in a magnetic field",J.Phys.A:Math.Theor.43,2010)，是目前研究的焦点。不过目前由于T Knopp组所采用的电力零磁场线发生装置磁场效率低，工程实现困难，到目前为止尚未查到其图像的工程实现的结果。

旋转磁场可以有很多方式来生成，如采用机械的方式旋转永磁体，如电动机或者磁力搅拌机等；也有用通电线圈和驱动电流调制的方式来生成旋转磁场，用于磁导航，磁定向等。CN202307400U提出了一种永磁式间隔绕组旋转磁场产生装置,是通过顺序对励磁绕组通断电产生旋转磁场。CN200810011110.2利用三对相互垂直的矩形线圈,通过单片机控制AD9959产生正弦信号,经功率放大器驱动线圈。CN101256873B是在三组亥姆霍兹线圈,每组线圈由三对亥姆霍兹线圈组合绕制而成,通过控制三组三相交流电得到旋转磁场。CN102867612A同样是采用三组正交的赫姆霍兹线圈对来生成空间任意角度的旋转磁场。然而，目前基本上所有的旋转磁场发生装置产生的都一种均匀的旋转磁场，也就是0阶的磁场，而不是1阶的梯度磁场，无法满足磁颗粒成像对旋转磁场的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有旋转磁场装置无法生成高效率的梯度磁场，以及机械式旋转梯度磁场速度慢，精度低等缺点，提出一种基于多线圈系统的旋转梯度磁场发生装置。本发明工程实现简单，开放性好，并能提高其梯度生成效率。

本发明磁场发生装置主要包含磁场发生部分和磁场驱动部分两部分。磁场发生部分由多个线圈组成，用于生成旋转的梯度磁场。磁场驱动部分则是由信号源和功率放大器为核心器件组成，用于给磁场发生部分的线圈供所需要的电流。