[发明专利]一种基于永磁体旋转扫描的三维磁粒子成像设备及方法

说明书

本发明公开了一种基于永磁体旋转扫描的三维磁粒子成像设备及方法，包括旋转体和旋转位移装置，旋转体包括两个永磁体对、两个激励驱动线圈和两个接收线圈，两个永磁体对产生一条水平的无磁场线，激励驱动线圈通入高频正弦电流激励磁纳米粒子，接收线圈接收无磁场线移动过程中成像空间内磁纳米粒子的磁响应信号，经陷波滤波器和放大器后进入A/D转换器转化为数字量，可由计算机处理与成像，旋转位移装置带动旋转体旋转与移动，从而带动无磁场线在成像空间中旋转与平移，实现对整个成像空间的三维扫描。整个检测设备的成像空间大、电磁损耗低，检测灵敏度高，可用于大尺寸样本检测，并且在整个检测过程中不需要移动待检测物体，使用更便捷。

技术领域

本发明涉及磁粒子成像技术领域，尤其涉及一种基于永磁体旋转扫描的三维磁粒子成像设备及方法。

背景技术

磁粒子成像(Magnetic Particle Imaging,MPI)技术是一种新型成像技术，可以对检测区域内超顺磁纳米粒子的空间分布进行成像，相比于其他成像技术，其具有更为优越的灵敏度和分辨率以及较高的安全性。

MPI技术通过对无磁场区域内的超顺磁纳米粒子(Superparamagnetic IronOxide Nanoparticles,SPION)施加高频的正弦磁场，使其产生非线性的磁化响应，响应过程可以通过郎之万方程进行描述，通过接收线圈可以接收到磁纳米粒子的磁响应信号，进而通过数据采集和处理，最后进行成像。

MPI设备中采用的无磁场区域可分为无磁场点(Field Free Point，FFP)和无磁场线(Field Free Line,FFL)，其中，无磁场区域为FFL的设备相较于无磁场区域为FFP的设备具有较高的分辨率，且单周期内扫描范围更大，因此目前研究大多聚焦于无磁场区域为FFL的设备。目前的MPI设备大多存在成像空间较小且难以对大尺寸样本进行检测的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于永磁体旋转扫描的三维磁粒子成像设备及方法，用以解决MPI设备检测区域较小、难以对大尺寸样本进行检测的问题。

本发明提供的一种基于永磁体旋转扫描的三维磁粒子成像设备，包括：由同轴的圆筒形内壳和圆筒形外壳组成的壳体、位于所述内壳与所述外壳之间的旋转体、以及分别与所述壳体和所述旋转体固定连接的旋转位移装置；其中，

所述磁粒子成像检测设备的成像空间为圆柱形，所述内壳、所述外壳和所述成像空间同轴；

所述旋转体包括关于所述壳体的轴线对称平行设置的第一永磁体对和第二永磁体对、位于所述第一永磁体对与所述第二永磁体对之间且关于所述壳体的轴线对称平行设置的第一激励驱动线圈和第二激励驱动线圈、以及位于所述第一激励驱动线圈与所述第二激励驱动线圈之间且关于所述壳体的轴线对称平行设置的第一接收线圈和第二接收线圈；其中，所述第一永磁体对包括沿轴向并排设置的两个第一永磁体，每个第一永磁体包括层叠的N极和S极且S极在外N极在内；所述第二永磁体对包括沿轴向并排设置的两个第二永磁体，每个第二永磁体包括层叠的N极和S极且S极在外N极在内；所述旋转体关于所述壳体的径向对称，在径向的对称线与轴线的交点处产生无磁场线；所述第一激励驱动线圈与第一信号发生器连接，所述第一信号发生器用于对所述第一激励驱动线圈施加高频激励正弦电流，所述第二激励驱动线圈与第二信号发生器连接，所述第二信号发生器用于对所述第二激励驱动线圈施加高频激励正弦电流；所述第一接收线圈依次与第一陷波滤波器、第一放大器和第一A/D转换器连接，所述第二接收线圈依次与第二陷波滤波器、第二放大器和第二A/D转换器连接，两个陷波滤波器的陷波频率与所述高频激励正弦电流的频率相同；

所述旋转位移装置用于带动所述旋转体在所述内壳与所述外壳之间沿轴向移动同时以轴向为中心沿周向旋转，从而带动所述无磁场线在所述成像空间内沿轴向移动同时以轴向为中心沿周向旋转，所述无磁场线的移动范围覆盖所述成像空间。