專利名稱：一種基于squid的手持式超低場(chǎng)mri系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁共振成像裝置，尤其涉及一種基于SQUID的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的MRI (Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)，其硬件設(shè)備主要包括計(jì) 算機(jī)、磁體(或極化線圈)、梯度線圈、激勵(lì)線圈、磁通量探測(cè)器、接收線圈、數(shù)據(jù)獲取模塊、 主控制模塊、電力控制模塊和接口模塊。其中，激勵(lì)線圈放置在接近被測(cè)物體的位置，用于 產(chǎn)生對(duì)被測(cè)試物體不同部位的激勵(lì)信號(hào)；磁體(或極化線圈)和梯度線圈均勻布置在被測(cè) 物體的周圍，用于產(chǎn)生規(guī)則的磁場(chǎng)；電力控制模塊與數(shù)據(jù)獲取模塊、主控制模塊和磁通量探 測(cè)器都電連接；接收線圈用于接收被測(cè)物體的磁共振信號(hào)，接收線圈的輸出端與磁通量探 測(cè)器的輸入端連接，磁通量探測(cè)器的輸出端與數(shù)據(jù)獲取模塊的輸入端連接，數(shù)據(jù)獲取模塊 的輸出端與主控制模塊的輸入端連接，主控制模塊的輸出端與接口模塊連接，接口模塊與 計(jì)算機(jī)連接。通過(guò)極化線圈和梯度線圈產(chǎn)生規(guī)則的磁場(chǎng)，使被測(cè)物體中的原子極化，按規(guī)則 排列，再通過(guò)激勵(lì)線圈對(duì)被測(cè)物體發(fā)出激勵(lì)信號(hào)，使被測(cè)物體中規(guī)則排列的原子產(chǎn)生自旋 而發(fā)出磁共振信號(hào)，磁共振信號(hào)由接收線圈接收后，經(jīng)磁通量探測(cè)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并通過(guò) 上述電路模塊處理后傳送給計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上采用磁共振成像算法，重建被測(cè)物體的圖 像。MRI在臨床實(shí)用中主要有永磁型和超導(dǎo)型永磁型MRI價(jià)格較低，可達(dá)到臨床檢查的效果，但體積重量龐大，其中的磁體需大 量采用價(jià)格昂貴的稀土材料。超導(dǎo)型MRI，目前是性能最好磁共振成像技術(shù)，但由于其磁通量探測(cè)頭采用了需要 在超低溫下才能工作的超導(dǎo)磁體材料，需工作在超低溫環(huán)境下，日常工作、維護(hù)需大量使用 昂貴的液氦制冷劑，體積也非常龐大，不適合采購(gòu)及日常預(yù)算不多的中小醫(yī)院。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的永磁型MRI和超導(dǎo)型MRI結(jié)構(gòu)都比較龐大，不適合做手持式設(shè) 備，而且需要在電磁屏蔽室內(nèi)操作。SQUID (Superconducting Quantum Interference Device,超導(dǎo)量子干涉器)作為 目前世界上靈敏度最高的磁通量探測(cè)器，體積非常小，適合用于制成手持式超低場(chǎng)MRI系 統(tǒng)，但目前由于仍需要采用液氦作為制冷劑制冷對(duì)SQUID進(jìn)行冷卻，其冷卻結(jié)構(gòu)比較龐大， 無(wú)法和SQUID封裝在一起，是導(dǎo)致目前無(wú)法采用SQUID制成手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)的一個(gè) 重要原因；另一個(gè)原因是，如果將MRI整機(jī)縮小到可以手持的范圍，勢(shì)必造成極化線圈和梯 度線圈處于被檢測(cè)物體的同一側(cè)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)的磁場(chǎng)有很大區(qū)別，各線圈產(chǎn)生的 磁場(chǎng)出現(xiàn)重疊，很不規(guī)則，使得無(wú)法利用現(xiàn)有的超低場(chǎng)MRI磁共振成像算法進(jìn)行重建圖像， 這也是一個(gè)難以突破的地方?；谏鲜鲈颍壳斑€未出現(xiàn)利用SQUID作為核心部件制成 手持式超低場(chǎng)MRI。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于SQUID的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，這種基于SQUID的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)MRI成像系統(tǒng)的手持化，無(wú)需采用液氦冷 卻，工作、維護(hù)成本低，適合中小型醫(yī)院使用。采用的技術(shù)方案如下一種基于SQUID的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，硬件部分包 括智能手持設(shè)備、激勵(lì)線圈模塊、極化線圈模塊、梯度線圈模塊、接收線圈模塊、SQUID、冷卻 模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊、主控制模塊、電力控制模塊和接口模塊，接口模塊通過(guò)局域網(wǎng)與智能 手持設(shè)備連接，軟件部分設(shè)于智能手持設(shè)備上，其特征是還包括探頭外殼和磁屏蔽罩，磁 屏蔽罩設(shè)于探頭外殼中，磁屏蔽罩的底部設(shè)有開(kāi)口，開(kāi)口與探頭外殼的底部連接；所述接收 線圈模塊、SQUID和冷卻模塊均設(shè)于磁屏蔽罩中，接收線圈模塊安裝在磁屏蔽罩的開(kāi)口處， 冷卻模塊與SQUID接觸；所述極化線圈模塊和梯度線圈模塊均設(shè)于探頭外殼內(nèi)部，并分布 于磁屏蔽罩的外側(cè)；所述軟件部分包括磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊和圖像重建模塊。上述智能手持設(shè)備指筆記本電腦、智能手機(jī)和平板電腦等，具有強(qiáng)大圖像顯示、處 理能力。上述激勵(lì)線圈模塊、極化線圈模塊、梯度線圈模塊、接收線圈模塊、冷卻模塊、數(shù)據(jù) 獲取模塊、主控制模塊、電力控制模塊和接口模塊都是常用的模塊，模塊的構(gòu)成及連接都相 對(duì)固定，都屬于現(xiàn)有的技術(shù)。其中，極化線圈模塊和梯度線圈模塊均與電力控制模塊電連 接，電力控制模塊與數(shù)據(jù)獲取模塊、主控制模塊和SQUID都電連接，接收線圈模塊與SQUID 的輸入端電連接，SQUID的輸出端與數(shù)據(jù)獲取模塊的輸入端電連接，數(shù)據(jù)獲取模塊的輸出端 與主控制模塊的輸入端電連接，主控制模塊的輸出端與接口模塊電連接。激勵(lì)線圈模塊由一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)線圈構(gòu)成，用于對(duì)被測(cè)物體產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)；極化 線圈模塊由多個(gè)極化線圈構(gòu)成，用于產(chǎn)生極化場(chǎng)，使被測(cè)物體內(nèi)部的原子按規(guī)則排列；梯度 線圈模塊由至少三個(gè)梯度線圈構(gòu)成，用于產(chǎn)生梯度場(chǎng)；主控制模塊發(fā)出各種信號(hào)，協(xié)調(diào)各模 塊的工作，電力控制模塊根據(jù)主控制模塊的信號(hào)用于為各模塊提供電源；接收線圈模塊用 于接收被測(cè)物體的磁共振信號(hào)；SQUID用于獲得來(lái)自接收線圈模塊的磁共振信號(hào)，并將磁 共振信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；數(shù)據(jù)獲取模塊包括依次電連接的預(yù)放大器、鎖相放大器、后放大器 和A/D轉(zhuǎn)換器，在鎖相放大器處還連接有振蕩器，數(shù)據(jù)獲取模塊將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)； 接口模塊通過(guò)局域網(wǎng)將數(shù)字信號(hào)傳送給智能手持設(shè)備。數(shù)據(jù)獲取模塊、主控制模塊、電力控制模塊和接口模塊可以設(shè)置在探頭外殼的外 部，并封裝在一起。優(yōu)選將數(shù)據(jù)獲取模塊、主控制模塊、電力控制模塊和接口模塊均設(shè)置在 探頭外殼的內(nèi)部。接口模塊可以是有線網(wǎng)絡(luò)接口，也可以是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口，在設(shè)置為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口 的情況下，在探頭外殼內(nèi)部還應(yīng)設(shè)置一個(gè)為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口供電的電池模塊。優(yōu)選接口模塊 包括有線網(wǎng)絡(luò)接口和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口，既可以通過(guò)有線方式與智能手持設(shè)備連接，也可以通 過(guò)無(wú)線方式與智能手持設(shè)備連接。本發(fā)明的基于SQUID的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，在激勵(lì)原理、磁共振信號(hào)獲取及 成像原理上均與現(xiàn)有技術(shù)相同，所不同的是將極化線圈模塊、梯度線圈模塊、接收線圈模 塊、冷卻模塊和SQUID均封裝在探頭外殼里面，再用磁屏蔽罩將接收線圈模塊、冷卻模塊和 SQUID罩起來(lái)，構(gòu)成探測(cè)頭，采用冷卻模塊為SQUID提供超低溫的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)超低場(chǎng)MRI 系統(tǒng)在硬件上的手持化。為了解決將極化線圈模塊、梯度線圈模塊、接收線圈模塊和SQUID 封裝在一起，造成極化場(chǎng)和梯度場(chǎng)不規(guī)則，導(dǎo)致無(wú)法使用現(xiàn)有的磁共振成像算法重建圖像這一問(wèn)題，本發(fā)明的解決方法是基于封裝后極化線圈模塊、梯度線圈模塊和接收線圈模 塊的位置固定，所產(chǎn)生的極化場(chǎng)、梯度場(chǎng)便確定這一原理，在軟件部分設(shè)置磁場(chǎng)參數(shù)變換模 塊，通過(guò)磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊將SQUID探測(cè)到的不規(guī)則磁場(chǎng)參數(shù)變換為適合使用現(xiàn)有磁共振 成像算法(規(guī)則磁場(chǎng)情況下的磁共振成像算法)的磁場(chǎng)參數(shù)，圖像重建模塊采用變換后的 磁場(chǎng)參數(shù)及現(xiàn)有磁共振成像算法重建圖像。通過(guò)將極化線圈模塊、梯度線圈模塊、接收線圈 模塊、冷卻模塊和SQUID均封裝在探頭外殼里面，冷卻模塊為SQUID提供超低溫工作環(huán)境， 無(wú)需采用液氦冷卻，而磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊將SQUID探測(cè)到的不規(guī)則磁場(chǎng)參數(shù)變換為適合使 用現(xiàn)有磁共振成像算法的磁場(chǎng)參數(shù)，使得能夠利用現(xiàn)有的磁共振成像算法重建圖像，實(shí)現(xiàn) MRI系統(tǒng)的手持化，工作、維護(hù)成本低，可替代0. 1 IT永磁MRI設(shè)備，適合中小型醫(yī)院使 用。為了達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的目的，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其特征是所述冷卻模塊包 括冷卻頭、冷卻導(dǎo)管和供冷裝置，冷卻頭與SQUID接觸，冷卻頭通過(guò)冷卻導(dǎo)管與供冷裝置連 接。通過(guò)供冷裝置獲得適于SQUID工作的超低溫，并通過(guò)冷卻導(dǎo)管和冷卻頭傳導(dǎo)給SQUID， 為SQUID提供超低溫工作環(huán)境，無(wú)需采用液氦冷卻，節(jié)約工作、維護(hù)成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用。 在供冷裝置的體積比較大的情況下，可將供冷裝置設(shè)于探測(cè)頭的外部，需要封裝在探頭外 殼里面的只是冷卻頭和部分冷卻導(dǎo)管。為了達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的目的，作為本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案，其特征是所述供冷裝 置包括外部制冷裝置，外部制冷裝置與冷卻導(dǎo)管連接，并設(shè)于探頭外殼的外面。通過(guò)現(xiàn)有的 外部制冷裝置進(jìn)行制冷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。上述外部制冷裝置可采用美國(guó)Cryomech公司的PT405 或歐洲的Thales Cryogenics公司的UP系列等，這兩款超低溫制冷器很適合為SQUID提供 超低溫的工作環(huán)境。為了達(dá)到使用方便的目的，作為本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案，其特征是所述供冷裝 置包括冷卻膠囊安裝腔和冷卻膠囊；冷卻膠囊包括膠囊接口模塊、冷卻劑注入口閥門、膠囊 腔體和冷卻劑輸出口閥門，膠囊腔體設(shè)有絕熱層，冷卻劑注入口閥門和冷卻劑出口閥門分 設(shè)于膠囊腔體兩端；冷卻劑注入口閥門和冷卻劑出口閥門通過(guò)膠囊接口模塊與主控制模塊 連接；冷卻膠囊處于冷卻膠囊安裝腔中，冷卻劑輸出口閥門與冷卻導(dǎo)管連接。膠囊接口模 塊與MRI的主控制模塊連接，接受主控制模塊的指令，使冷卻劑注入口閥門和冷卻劑出口 閥門關(guān)閉或開(kāi)啟。可以通過(guò)冷卻劑注入口閥門向膠囊腔體中注入液氦、液氮等冷卻劑，通過(guò) 冷卻劑輸出口閥門釋放冷卻劑經(jīng)冷卻頭為SQUID冷卻。將冷卻膠囊與冷卻膠囊安裝腔做成 插拔式，將充滿冷卻劑的冷卻膠囊插入冷卻膠囊安裝腔中，由冷卻膠囊釋放冷卻劑為SQUID 冷卻，注入冷卻膠囊中的冷卻劑維持在能夠滿一次成像的劑量為準(zhǔn)，因此冷卻膠囊可以做 得非常小，使用方便，更適合MRI系統(tǒng)的手持化要求；冷卻膠囊在失去冷卻作用的情況下， 通過(guò)外部制冷裝置，使冷卻膠囊中的冷卻劑重新液化，從而使冷卻膠囊可以循環(huán)使用。為了達(dá)到方便使用及循環(huán)使用的目的，作為本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案，其特征是 所述供冷裝置包括外部制冷裝置、冷卻膠囊安裝腔和冷卻膠囊；外部制冷裝置與冷卻導(dǎo)管 連接，并設(shè)于探頭外殼的外面；冷卻膠囊包括膠囊接口模塊、冷卻劑注入口閥門、膠囊腔體 和冷卻劑輸出口閥門，膠囊腔體設(shè)有絕熱層，冷卻劑注入口閥門和冷卻劑出口閥門分設(shè)于 膠囊腔體兩端；冷卻劑注入口閥門和冷卻劑出口閥門通過(guò)膠囊接口模塊與主控制模塊連 接；冷卻膠囊處于冷卻膠囊安裝腔中，冷卻劑輸出口閥門與冷卻導(dǎo)管連接。在沒(méi)有開(kāi)啟外部制冷裝置的情況下，可以將充滿冷卻劑的冷卻膠囊插入冷卻膠囊安裝腔中，由冷卻膠囊 釋放冷卻劑為SQUID冷卻，注入冷卻膠囊中的冷卻劑維持在能夠滿一次成像的劑量為準(zhǔn)， 因此冷卻膠囊可以做得非常小，更適合MRI系統(tǒng)的手持化要求；而在不使用冷卻膠囊冷卻 的情況下，可以通過(guò)外部制冷裝置、冷卻導(dǎo)管和冷卻頭來(lái)冷卻；在外部制冷裝置開(kāi)啟的情況 下，可以將使用過(guò)的冷卻膠囊(已失去冷卻作用)插入到冷卻膠囊安裝腔中，通過(guò)外部制冷 裝置，使冷卻膠囊中的冷卻劑重新液化，從而使冷卻膠囊可以循環(huán)使用。為了達(dá)到更加一體化的目的，作為本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，其特征是所述激 勵(lì)線圈模塊設(shè)于探頭外殼中。因?yàn)榉庋b了極化線圈模塊、梯度線圈模塊、接收線圈模塊、冷 卻模塊和SQUID的探測(cè)頭，其大小跟B超探頭差不多，可以近距離接近被測(cè)物體，所以激勵(lì) 線圈模塊設(shè)于探頭外殼中，并不會(huì)影響激勵(lì)作用，使得手持化MRI系統(tǒng)更加一體化。為了達(dá)到在無(wú)磁屏蔽間的情況下仍能夠使用的目的，作為本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選 方案，其特征是還包括磁補(bǔ)償線圈，磁補(bǔ)償線圈設(shè)于探頭外殼中。通過(guò)設(shè)置磁補(bǔ)償線圈，補(bǔ) 償線圈將檢測(cè)區(qū)域內(nèi)外磁場(chǎng)隔離，使檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的測(cè)量磁場(chǎng)與外部的環(huán)境磁場(chǎng)之間的互相 干擾程度降到最低，使得只有接近探測(cè)頭的被檢測(cè)部位才有強(qiáng)磁場(chǎng)，外界磁場(chǎng)干擾非常弱， 可以不予考慮，因此在設(shè)置磁屏蔽間的情況下仍能正常精確成像。為了達(dá)到變換簡(jiǎn)單的目的，作為本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，其特征是在所述 磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊中，將梯度場(chǎng)中的被測(cè)物體劃分為η個(gè)正方體體素，用點(diǎn)Pn代表，坐標(biāo) (X，1，ζ)η ；接收由SQUID所獲得的η個(gè)正方體體素經(jīng)激勵(lì)后時(shí)刻t磁通總量B(t)；根據(jù)拉 莫公式C^= y. ^求出各點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)頻率ωη;根據(jù)傅立葉變換，將B(t)和(^代入公式
OO
B(t) =Σ(5 Sin(6V))中，得到各個(gè)點(diǎn)的磁通瞬時(shí)值民。因?yàn)闃O化線圈模塊和梯度線圈模
η=\
塊的位置確定，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)空間位置就唯一確定，所以，在傅立葉的變換范圍內(nèi)，將SQUID 探測(cè)到的不規(guī)則磁場(chǎng)參數(shù)變換為適合使用現(xiàn)有磁共振成像算法的磁場(chǎng)參數(shù)。具體變換方法 如下將梯度場(chǎng)中的被測(cè)物體劃分為η個(gè)正方體體素，用點(diǎn)Pn代表，坐標(biāo)(X，y, z)n ；通過(guò)梯 度線圈空間排布，使各點(diǎn)外部場(chǎng)強(qiáng)β各不相同；經(jīng)激勵(lì)后時(shí)刻t沿測(cè)量方向磁通瞬時(shí)值為 Bn，進(jìn)動(dòng)頻率為ωη，根據(jù)拉莫(Larmor)公式= Υ . β ^(其中進(jìn)動(dòng)頻率；、:旋磁比； ^ 外磁場(chǎng)強(qiáng)度；Y由物質(zhì)的特性決定，為固定值；β ο可以通過(guò)磁通計(jì)測(cè)出)，求出各點(diǎn)的 進(jìn)動(dòng)頻率ωη ；由SQUID所獲得的η個(gè)正方體體素經(jīng)激勵(lì)后時(shí)刻t磁通總量B (t)，根據(jù)傅立
OO
葉變換可得，B(t) =Z(5 sin(^V))，將已計(jì)算出η個(gè)點(diǎn)的ωη代和已測(cè)出的B(t)入上
γι=\
式，可得到各個(gè)點(diǎn)的Bn，其唯一對(duì)應(yīng)于Pn的坐標(biāo)(X，y, z)n。只要知道各點(diǎn)進(jìn)動(dòng)頻率ωη，且 ωη和空間坐標(biāo)(x，y，z)n唯一對(duì)應(yīng)，BnK映該點(diǎn)上物質(zhì)的磁共振特性(如質(zhì)子密度、T1、T2 等)。不規(guī)則磁場(chǎng)和規(guī)則磁場(chǎng)獲得各點(diǎn)Bn的公式相同，區(qū)別只在于規(guī)則磁場(chǎng)每點(diǎn)的外部場(chǎng) 強(qiáng)β可根據(jù)坐標(biāo)(X，1，ζ)η直接通過(guò)簡(jiǎn)單幾何比例關(guān)系獲得，而不規(guī)則磁場(chǎng)每點(diǎn)的外部場(chǎng) 強(qiáng)β通過(guò)直接計(jì)算比較繁瑣，簡(jiǎn)化的方法可以通過(guò)磁通計(jì)，在機(jī)器安裝好后把測(cè)量區(qū)域內(nèi) 各點(diǎn)的不同的β，標(biāo)定一次保存起來(lái)，用于以后多次測(cè)量的計(jì)算。為了達(dá)到動(dòng)態(tài)三維成像的目的，作為本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，其特征是對(duì)至 少三個(gè)梯度線圈進(jìn)行幾何編碼，使待測(cè)物體每個(gè)體素單元都處于不同的頻率、相位、激勵(lì)層 中，在軟件部分的磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊中對(duì)一個(gè)空間體積內(nèi)所獲取的磁共振信號(hào)均進(jìn)行磁場(chǎng)參數(shù)變換，并連續(xù)重復(fù)該操作。通過(guò)每次同時(shí)獲取一個(gè)空間體積內(nèi)所有的磁共振反饋信號(hào)， 通過(guò)磁場(chǎng)參數(shù)變換，連續(xù)重復(fù)該操作，就可以實(shí)時(shí)重建出物體的動(dòng)態(tài)三維灰度圖像，優(yōu)選磁 場(chǎng)參數(shù)變換的方式采用傅立葉變換。為了達(dá)到便于用戶使用的目的，作為本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，其特征是所述 軟件部分的操作界面兼容傳統(tǒng)MRI的操作界面。由于傳統(tǒng)磁共振MRI的用戶，可能不熟悉超 低場(chǎng)MRI成像的圖像意義，軟件中提供了兼容適配模式，將超低場(chǎng)MRI的操作界面，包括參 數(shù)在內(nèi)，全部讓用戶以其熟悉的傳統(tǒng)磁共振MRI的參數(shù)形式輸入，系統(tǒng)內(nèi)部將其無(wú)縫轉(zhuǎn)化 為超低場(chǎng)MRI所需參數(shù)，并在最后顯示的時(shí)候，將圖像處理成傳統(tǒng)磁共振MRI類似的形式， 如果用戶需要，也可以還原為具備超低場(chǎng)MRI獨(dú)特信息的圖像。本發(fā)明的基于SQUID的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，通過(guò)將極化線圈模塊、梯度線圈模 塊、接收線圈模塊、冷卻模塊和SQUID均封裝在探頭外殼里面，冷卻模塊為SQUID提供超低 溫工作環(huán)境，無(wú)需采用液氦冷卻，而磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊將SQUID探測(cè)到的不規(guī)則磁場(chǎng)參數(shù) 變換為適合使用現(xiàn)有磁共振成像算法的磁場(chǎng)參數(shù)，使得能夠利用現(xiàn)有的磁共振成像算法重 建圖像，實(shí)現(xiàn)MRI系統(tǒng)的手持化，工作、維護(hù)成本低，可替代0. 1 IT永磁MRI設(shè)備，適合中 小型醫(yī)院使用。


圖1本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)示意2是數(shù)據(jù)獲取模塊的結(jié)構(gòu)示意3是冷卻模塊的結(jié)構(gòu)示意4是冷卻膠囊的結(jié)構(gòu)示意5本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式一軟件部分的流程6本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式一在實(shí)際應(yīng)用中的示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施方式一如圖1和圖6所示，這種基于SQUID的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，包括硬件部分和軟 件部分，硬件部分包括智能手持設(shè)備1、激勵(lì)線圈模塊2、極化線圈模塊3、梯度線圈模塊4、 接收線圈模塊5、SQUID6、冷卻模塊7、數(shù)據(jù)獲取模塊8、主控制模塊9、電力控制模塊10、接 口模塊11、探頭外殼12和磁屏蔽罩13 ；磁屏蔽罩13設(shè)于探頭外殼12中，磁屏蔽罩13的底 部設(shè)有開(kāi)口，開(kāi)口與探頭外殼12的底部連接；接收線圈模塊5、SQUID6和冷卻模塊7均設(shè) 于磁屏蔽罩13中，接收線圈模塊5安裝在磁屏蔽罩13的開(kāi)口處，冷卻模塊7與SQUID6接 觸；極化線圈模塊3和梯度線圈模塊4均設(shè)于探頭外殼12內(nèi)部，并分布于磁屏蔽罩13的外 側(cè)；接口模塊11通過(guò)局域網(wǎng)與智能手持設(shè)備1連接；激勵(lì)線圈模塊2設(shè)于探頭外殼12中； 軟件部分設(shè)于智能手持設(shè)備1上，軟件部分包括磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊和圖像重建模塊。激勵(lì)線圈模塊2、極化線圈模塊3和梯度線圈模塊4均與電力控制模塊10電連接； 電力控制模塊10與數(shù)據(jù)獲取模塊8、主控制模塊9和SQUID6都電連接，接收線圈模塊5與 SQUID6的輸入端連接，SQUID6的輸出端與數(shù)據(jù)獲取模塊8的輸入端連接，數(shù)據(jù)獲取模塊8的輸出端與主控制模塊9的輸入端連接，主控制模塊9的輸出端與接口模塊11連接。激勵(lì)線圈模塊2由多個(gè)激勵(lì)線圈構(gòu)成，用于對(duì)被測(cè)物體14產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)；極化線 圈模塊3由多個(gè)極化線圈構(gòu)成，用于產(chǎn)生極化場(chǎng)，使被測(cè)物體14內(nèi)部的原子按規(guī)則排列；梯 度線圈模塊4由三個(gè)梯度線圈構(gòu)成，用于產(chǎn)生梯度場(chǎng)；主控制模塊9發(fā)出各種信號(hào)，協(xié)調(diào)各 模塊的工作，電力控制模塊10根據(jù)主控制模塊9的信號(hào)用于為各模塊提供電源；接收線圈 模塊5用于接收被測(cè)物體14的磁共振信號(hào)；SQUID6用于獲得來(lái)自接收線圈模塊5的磁共 振信號(hào)，并將磁共振信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；如圖2所示，數(shù)據(jù)獲取模塊包括依次電連接的預(yù)放 大器15、鎖相放大器16、后放大器17和A/D轉(zhuǎn)換器18，在鎖相放大器16處還連接有振蕩器 19，數(shù)據(jù)獲取模塊8將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；接口模塊11通過(guò)局域網(wǎng)將數(shù)字信號(hào)傳送給 智能手持設(shè)備1。數(shù)據(jù)獲取模塊8、主控制模塊9、電力控制模塊10和接口模塊11均設(shè)置在探頭外 殼12的內(nèi)部。接口模塊11包括有線網(wǎng)絡(luò)接口 20、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口 21和電池模塊22，電池模塊22 為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口 21供電。如圖3和圖4所示，冷卻模塊7包括冷卻頭23、冷卻導(dǎo)管24和供冷裝置，冷卻頭 23與SQUID6接觸，冷卻頭23通過(guò)冷卻導(dǎo)管24與供冷裝置連接。供冷裝置包括外部制冷裝 置25、冷卻膠囊安裝腔26和冷卻膠囊27 ；外部制冷裝置25與冷卻導(dǎo)管24連接，并設(shè)于探 頭外殼12的外面；冷卻膠囊27包括膠囊接口模塊28、冷卻劑注入口閥門29、膠囊腔體30 和冷卻劑輸出口閥門31，膠囊腔體30設(shè)有絕熱層，冷卻劑注入口閥門29和冷卻劑出口閥 門31分設(shè)于膠囊腔體30兩端；冷卻劑注入口閥門29和冷卻劑出口閥門31通過(guò)膠囊接口 模塊28與主控制模塊9連接；冷卻膠囊27處于冷卻膠囊安裝腔26中，冷卻劑輸出口閥門 31與冷卻導(dǎo)管24連接。如圖5所示，在軟件部分，磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊采用傅立葉公式進(jìn)行變換，將SQUID 探測(cè)到的不規(guī)則磁場(chǎng)參數(shù)變換為適合使用現(xiàn)有磁共振成像算法的磁場(chǎng)參數(shù)。具體變換方法 如下將梯度場(chǎng)中的被測(cè)物體劃分為η個(gè)正方體體素，用點(diǎn)Pn代表，坐標(biāo)(X，y, z)n ；通過(guò)梯 度線圈空間排布，使各點(diǎn)外部場(chǎng)強(qiáng)β各不相同；經(jīng)激勵(lì)后時(shí)刻t沿測(cè)量方向磁通瞬時(shí)值為 Bn，進(jìn)動(dòng)頻率為ωη，根據(jù)拉莫(Larmor)公式= Υ . β ^(其中進(jìn)動(dòng)頻率；、:旋磁比； ^ 外磁場(chǎng)強(qiáng)度；Y由物質(zhì)的特性決定，為固定值；β ο可以通過(guò)磁通計(jì)測(cè)出)，求出各點(diǎn)的 進(jìn)動(dòng)頻率ωη ；由SQUID所獲得的η個(gè)正方體體素經(jīng)激勵(lì)后時(shí)刻t磁通總量B (t)，根據(jù)傅立
OO
葉變換可得
權(quán)利要求
1.一種基于SQUID的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，硬件部分包括 智能手持設(shè)備、激勵(lì)線圈模塊、極化線圈模塊、梯度線圈模塊、接收線圈模塊、SQUID、冷卻模 塊、數(shù)據(jù)獲取模塊、主控制模塊、電力控制模塊和接口模塊，接口模塊通過(guò)局域網(wǎng)與智能手 持設(shè)備連接，軟件部分設(shè)于智能手持設(shè)備上，其特征是還包括探頭外殼和磁屏蔽罩，磁屏 蔽罩設(shè)于探頭外殼中，磁屏蔽罩的底部設(shè)有開(kāi)口，開(kāi)口與探頭外殼的底部連接；所述接收線 圈模塊、SQUID和冷卻模塊均設(shè)于磁屏蔽罩中，接收線圈模塊安裝在磁屏蔽罩的開(kāi)口處，冷 卻模塊與SQUID接觸；所述極化線圈模塊和梯度線圈模塊均設(shè)于探頭外殼內(nèi)部，并分布于 磁屏蔽罩的外側(cè)；所述軟件部分包括磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊和圖像重建模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，其特征是所述冷卻模塊包括冷卻頭、 冷卻導(dǎo)管和供冷裝置，冷卻頭與SQUID接觸，冷卻頭通過(guò)冷卻導(dǎo)管與供冷裝置連接。
3.如權(quán)利要求2所述的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，其特征是所述供冷裝置包括外部制 冷裝置，外部制冷裝置與冷卻導(dǎo)管連接，并設(shè)于探頭外殼的外面。
4.如權(quán)利要求2所述的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，其特征是所述供冷裝置包括冷卻膠 囊安裝腔和冷卻膠囊；冷卻膠囊包括膠囊接口模塊模塊、冷卻劑注入口閥門、膠囊腔體和冷 卻劑輸出口閥門，膠囊腔體設(shè)有絕熱層，冷卻劑注入口閥門和冷卻劑出口閥門分設(shè)于膠囊 腔體兩端；冷卻劑注入口閥門和冷卻劑出口閥門通過(guò)膠囊接口模塊與主控制模塊連接；冷 卻膠囊處于冷卻膠囊安裝腔中，冷卻劑輸出口閥門與冷卻導(dǎo)管連接。
5.如權(quán)利要求2所述的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，其特征是所述供冷裝置包括外部制 冷裝置、冷卻膠囊安裝腔和冷卻膠囊；外部制冷裝置與冷卻導(dǎo)管連接，并設(shè)于探頭外殼的外 面；冷卻膠囊包括膠囊接口模塊、冷卻劑注入口閥門、膠囊腔體和冷卻劑輸出口閥門，膠囊 腔體設(shè)有絕熱層，冷卻劑注入口閥門和冷卻劑出口閥門分設(shè)于膠囊腔體兩端；冷卻劑注入 口閥門和冷卻劑出口閥門通過(guò)膠囊接口模塊與主控制模塊連接；冷卻膠囊處于冷卻膠囊安 裝腔中，冷卻劑輸出口閥門與冷卻導(dǎo)管連接。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，其特征是所述激勵(lì)線圈模 塊設(shè)于探頭外殼中。
7.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，其特征是還包括磁補(bǔ)償線 圈，磁補(bǔ)償線圈設(shè)于探頭外殼中。
8.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，其特征是在所述磁場(chǎng)參 數(shù)變換模塊中，將梯度場(chǎng)中的被測(cè)物體劃分為η個(gè)正方體體素，用點(diǎn)Pn代表，坐標(biāo)(X，y， z)n;接收由SQUID所獲得的η個(gè)正方體體素經(jīng)激勵(lì)后時(shí)刻t磁通總量B(t)；根據(jù)拉莫 公式Otl= y. ^求出各點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)頻率ωη;根據(jù)傅立葉變換，將B(t)和《 代入公式
9.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，其特征是對(duì)至少三個(gè)梯度 線圈進(jìn)行幾何編碼，使待測(cè)物體每個(gè)體素單元都處于不同的頻率、相位、激勵(lì)層中，在軟件 部分的磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊中對(duì)一個(gè)空間體積內(nèi)所獲取的磁共振信號(hào)均進(jìn)行磁場(chǎng)參數(shù)變換， 并連續(xù)重復(fù)該操作。
10.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，其特征是所述軟件部分的 操作界面兼容傳統(tǒng)MRI的操作界面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于SQUID的手持式超低場(chǎng)MRI系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，硬件部分將極化線圈模塊、梯度線圈模塊、接收線圈模塊、冷卻模塊和SQUID均封裝在探測(cè)頭外殼里面，軟件部分設(shè)置磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊。通過(guò)將極化線圈模塊、梯度線圈模塊、接收線圈模塊、冷卻模塊和SQUID均封裝在探測(cè)頭外殼里面，冷卻模塊為SQUID提供超低溫工作環(huán)境，無(wú)需采用液氦冷卻，磁場(chǎng)參數(shù)變換模塊將SQUID探測(cè)到的不規(guī)則磁場(chǎng)參數(shù)變換為適合使用現(xiàn)有磁共振成像算法的磁場(chǎng)參數(shù)，使得能夠利用現(xiàn)有的磁共振成像算法重建圖像，實(shí)現(xiàn)MRI系統(tǒng)的手持化，工作、維護(hù)成本低，可替代0.1～1T永磁MRI設(shè)備，適合中小型醫(yī)院使用。
文檔編號(hào)A61B5/055GK102068256SQ20111003403
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者李德來(lái), 林國(guó)臻 申請(qǐng)人:汕頭市超聲儀器研究所有限公司