[发明专利]基于布朗弛豫编码的磁纳米粒子成像系统及方法

说明书

本发明属于生物医学成像技术领域，具体涉及了一种基于布朗弛豫编码的磁纳米粒子成像系统及方法，旨在解决现有磁纳米粒子成像设备依赖大功率线圈或永磁体产生的梯度磁场，体积大、不便携的问题。本发明包括：预磁化线圈、驱动线圈和接收线圈，用于进行磁纳米粒子的半饱和状态预磁化、布朗弛豫激发，以及感应磁化强度变化；旋转模块，用于沿视场切向旋转驱动线圈，实现空间编码；线圈轮换控制模块，用于控制驱动线圈轮换发射交变磁场；断层扫描模块，用于控制成像目标或电磁线圈模块沿视场轴向移动；信号采集和图像重建模块，用于采集感应电压信号并进行磁纳米粒子成像重建。本发明功耗低、结构简单，可用于便携式、床旁MPI设备中。

技术领域

本发明属于生物医学成像技术领域，具体涉及了一种基于布朗弛豫编码的磁纳米粒子成像系统及方法。

背景技术

磁纳米粒子是一种具有超顺磁性的纳米级颗粒，近年来其作为一种新型的医学成像示踪剂在肿瘤检测、磁粒子热疗、靶向给药等临床问题中被广泛研究和应用。

传统磁纳米粒子成像(MPI)通常需要外加三种磁场来实现空间编码和视场扫描。首先利用一个静态的梯度磁场产生磁场自由区(FFR)，在FFR外的磁纳米粒子处于饱和状态不会发生磁化强度的变化；然后利用一个高频的交变磁场驱动FFR移动和同时驱动FFR内部的磁纳米粒子旋转从而引起磁化强度的变化，一般称为驱动场；由于磁刺激等方面的风险，高频驱动场的幅值存在限制，因此驱动场的扫描视场(FOV)有限。为解决这个问题，增加了一个低频交变磁场，一般称为聚焦场，用来将FFR移动到特定位置，从而实现增大FOV的目的。磁纳米粒子的旋转机制主要有尼尔弛豫和布朗弛豫两种，通俗来说尼尔弛豫表示磁纳米粒子内部晶格极性的翻转，布朗弛豫表示磁纳米粒子的物理旋转。

总结来说，传统MPI方法依赖梯度磁场产生的FFR进行空间编码，且空间分辨率与磁场梯度大小成正相关。因此实际中通常需要利用大功率线圈甚至永磁体产生足够大的梯度磁场，这就不可避免地导致传统MPI扫描仪类似其他医学成像设备(如磁共振、CT)一样，存在体积庞大、不便携和成本高昂的缺点。

最新的研究表明，MPI可以被应用于脑卒中的早期诊断。众所周知，脑卒中的救治成功率与诊断时间密切相关。而相比于传统的固定式诊断设备，便携式诊断设备可以大大提前诊断进程，为治疗赢得更多时间。

综上所述，本领域还缺少一种轻量化、便携式的MPI方法和装置。为此，本发明提供了一种不需要产生静态梯度磁场编码的、便携的基于布朗弛豫编码的磁纳米粒子成像系统和方法。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有磁纳米粒子成像设备依赖大功率线圈或永磁体产生的梯度磁场，体积大、不便携的问题，本发明提供了一种基于布朗弛豫编码的磁纳米粒子成像系统，所述磁纳米粒子成像系统包括：

电磁线圈模块包括至少一个沿视场轴向的预磁化线圈、至少一个沿视场径向的驱动线圈和至少一个沿视场轴向的接收线圈，用于进行磁纳米粒子的半饱和状态预磁化、布朗弛豫激发，以及感应磁化强度变化；

旋转模块，用于沿视场切向旋转所述至少一个沿视场径向的驱动线圈，实现沿视场切向的空间编码；

线圈轮换控制模块，用于控制所述至少一个沿视场径向的驱动线圈轮换发射交变磁场；

断层扫描模块，用于控制成像目标或电磁线圈模块沿视场轴向移动，进行成像目标的三维断层扫描；

信号采集和图像重建模块，用于采集成像目标的三维断层扫描过程中所述至少一个沿视场轴向的接收线圈的感应电压信号，并基于所述感应电压信号，进行磁纳米粒子成像重建。

在一些优选的实施例中，所述至少一个沿视场轴向的预磁化线圈，通入直流电流或低频交变电流后，在视场断层面内产生同向且均匀的预磁化场，用于使视场内部的磁纳米粒子处于半饱和磁化状态。