[发明专利]一种多模态光学和磁纳米粒子成像融合的脑检测系统

说明书

本发明公开了一种多模态光学和磁纳米粒子成像融合的脑检测系统，包括扫描仪、控制模块、信号接收模块，扫描仪包括驱动线圈、选择线圈及接收线圈，选择线圈设置于接收线圈的两端，用于构建静态梯度磁场即选择场，驱动除无场点附近的粒子之外的所有磁纳米粒子达到饱和；驱动线圈设置于接收线圈外侧用于构建正弦激励磁场即驱动场；接收线圈用于采集电压信号；控制模块用于控制电流使驱动线圈施加均匀的振荡磁场，无场点附近的粒子被驱动穿过感兴趣的物体，改变粒子磁化强度，从而在接收线圈中感应出电压信号，经过信号接收模块处理后采用X空间MPI进行图像重建。本发明有效提高了实验效率和分析效率，可用于单核细胞及T细胞的细胞外陷阱成像分析。

技术领域

本发明属于生物医学影像技术领域，尤其涉及一种多模态光学和磁纳米粒子成像融合的脑检测系统。

背景技术

系统性红斑狼疮(SLE)作为一种复杂自身免疫疾病，影响多器官和组织。临床表现和器官受累的模式具有广泛的异质性，高达80％的狼疮患者存在认知障碍(Nat RevRheumatol 2019；15:137—152)。狼疮性脑病原因不明，探索其病变演进过程和分子机制具有非常重要的意义。在生理环境中，氧化还原平衡系统是由活性氧(Reactive oxygenspecies，ROS)和抗氧化剂来维持的。ROS参与多种细胞通路，作为免疫调节的信号分子，参与中性粒细胞胞外陷阱(NET)的产生和自噬等生理、病理过程。本课题组前期研究发现Ncf1基因突变导致NOX2复合物ROS释放下降和炎症增强。ROS被认为是调控自身免疫病和狼疮的重要信号分子，但机制不明。

光学成像已经广泛应用到生物医学工程领域，具有特异性高、灵敏度高等技术优势；磁性粒子成像(MPI)作为一种新型成像技术，其原理是利用磁性纳米粒子在零磁场中的非线性磁化特性，来检测磁性纳米粒子示踪剂的空间分布。近年来，MPI开始应用于细胞跟踪、血管造影以及炎症成像等基础研究领域。

近年来研究发现，现有的磁性粒子成像具备高灵敏度、高分辨率、无组织穿透深度的限制等优势，但是少有多模态光学-磁纳米粒子融合设备的研发；且多数MPI接收线圈为圆柱形，很少设计贴合检测部位的特殊形状线圈；除此之外，磁纳米粒子的直径主要分布在2-20纳米范围，尽管可在小动物MPI中实现毫米级分辨率，但是磁性粒子可以被免疫细胞内吞等作用，存在分子标记脱靶效应，带来成像精度下降问题。因此仍然存在着实现单细胞成像的特异性缺陷，难以对活性氧诱发的细胞外陷阱等调控机制进行成像分析和研究。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种多模态光学和磁纳米粒子成像融合的脑检测系统，本发明的具体技术方案如下：

一种多模态光学和磁纳米粒子成像融合的脑检测系统，包括：扫描仪、控制模块、信号接收模块，其中，

所述扫描仪包括驱动线圈、选择线圈及接收线圈，其中，所述选择线圈设置于所述接收线圈的两端，用于构建静态梯度磁场即选择场，驱动除了无场点附近的粒子之外的所有磁纳米粒子达到饱和；所述驱动线圈设置于所述接收线圈外侧用于构建正弦激励磁场即驱动场；所述接收线圈用于采集电压信号；所述信号接收模块包括依次连接的带阻滤波器、低噪声放大器、模数转换器；

所述控制模块包括依次连接的PC端、数模转换器、功率放大器和带通滤波器，用于控制电流使所述驱动线圈施加均匀的振荡磁场，无场点附近的粒子被驱动穿过感兴趣的物体，改变粒子磁化强度，从而在所述接收线圈中感应出电压信号，经过所述信号接收模块处理后采用X空间MPI进行图像重建。

进一步地，采用永磁体作为选择线圈，采用励磁线圈作为驱动线圈，采用利兹线构成的梯度计线圈作为接收线圈。

进一步地，所述接收线圈贴合被测对象脑部，为半椭圆锥筒形，一个端面为半椭圆，另一个端面为半圆，两端面平行，两者的中心点的连线与椭圆的长轴垂直。