磁性納米粒子成像（MPI）是近年來(lái)興起的一種醫(yī)學(xué)成像方法,具有無(wú)電離輻射、毫秒級(jí)檢測(cè)速度、亞毫米級(jí)成像精度的優(yōu)勢(shì),其中線型零磁場(chǎng)掃描可實(shí)現(xiàn)被測(cè)物內(nèi)部磁性納米粒子分布的圖像,在高精度成像、快速檢測(cè)及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面具有重要的研究意義。針對(duì)磁性納米粒子成像存在的系統(tǒng)檢測(cè)孔徑和檢測(cè)精度問(wèn)題,該文設(shè)計(jì)了一種開放式磁性納米粒子斷層線成像方法。開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擴(kuò)大系統(tǒng)檢測(cè)孔徑,提出磁場(chǎng)線圈的電氣驅(qū)動(dòng)完成斷層成像中零場(chǎng)線全周旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)精準(zhǔn)掃描。仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明,該文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形成高度為200mm側(cè)面開放的檢測(cè)孔徑,提出的電氣驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)零場(chǎng)線的方法形成的旋轉(zhuǎn)角度誤差小于0.025 9°,用于掃描的線型零磁場(chǎng)寬度不超過(guò)0.95mm,單次掃描時(shí)間為3.6ms。因此,該文設(shè)計(jì)的開放式磁性納米粒子斷層成像系統(tǒng)可以有效擴(kuò)大檢測(cè)孔徑,同時(shí)實(shí)現(xiàn)亞毫米級(jí)精度成像及毫秒級(jí)檢測(cè)速度。 

【文章來(lái)源】：電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2020,35(19)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

圓形選擇場(chǎng)線圈的磁場(chǎng)分布

向的分量。因此，圖2b所示的各線圈在y軸上的磁場(chǎng)分布有關(guān)系。1,a3,a2,a4,a1,r3,r2,r4,r1,r3,r2,r4,rxxxxyyyyBBBBBBBBBBBB=========（3）由上述關(guān)系可知，在y軸上的磁場(chǎng)B的所有分量之和為零。因此，該線圈結(jié)構(gòu)在y軸上產(chǎn)生零場(chǎng)線，該線圈結(jié)構(gòu)為選擇場(chǎng)線圈。選擇場(chǎng)線圈在x-y平面磁場(chǎng)分布表達(dá)式為FFL,FFL,00()00000xzyyzxGxyGz==HxGx（4）式中，x為位置向量；xzzxxzHHGGzx===。圖3所示為圓形選擇場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)在空間內(nèi)的磁場(chǎng)分布情況，圖3a為x-z平面內(nèi)的磁場(chǎng)分布，圖3b為x-y平面內(nèi)的磁場(chǎng)分布。由磁場(chǎng)分布結(jié)果可知，圓形線圈結(jié)構(gòu)會(huì)在y軸方向產(chǎn)生零場(chǎng)線，但x-y平面上磁感應(yīng)強(qiáng)度沿y方向隨著距原點(diǎn)的距離增大而減小，導(dǎo)致零場(chǎng)線方向上磁場(chǎng)梯度非均勻變化，使得線型零磁場(chǎng)內(nèi)粒子分布的檢測(cè)精度降低。圖3圓形選擇場(chǎng)線圈的磁場(chǎng)分布Fig.3Magneticfielddistributionofcircularselectionfieldcoil矩形線圈的邊相當(dāng)于四條直導(dǎo)線，與導(dǎo)線垂直距離相等位置的磁場(chǎng)大小相同，在一定范圍內(nèi)矩形線圈在與之平行的軸上產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度不變。因此，本文提出用矩形線圈代替圓形線圈，改進(jìn)零場(chǎng)線的精度和均勻性，結(jié)果如圖4所示，圖4a為改進(jìn)后的生成零場(chǎng)線的線圈，圖4b為x-y平面（z=0）產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布。矩形線圈產(chǎn)生的線型零磁場(chǎng)均勻度優(yōu)于圓形線圈，設(shè)計(jì)矩形線圈作為開放式磁性納米粒子成像系統(tǒng)中的選擇場(chǎng)線圈，即Coil-y。

4164電工技術(shù)學(xué)報(bào)2020年10月圖4Coil-y生成零場(chǎng)線結(jié)果圖Fig.4Coil-ygeneratestheresultgraphoffield-freeline2.2斷層掃描系統(tǒng)中零場(chǎng)線旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)選擇場(chǎng)線圈在x-y平面上磁場(chǎng)分布為FFL,yH=FFL,yGx。為獲得全周各角度零場(chǎng)線上的磁性納米粒子檢測(cè)信號(hào)，設(shè)計(jì)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方法如式（5）所示。FFL,FFL,()yGθθθHx=RRx（5）其中cossin0sincos0000θθθθθ=R式中，Rθ為x-y平面上的旋轉(zhuǎn)矩陣；θ為零場(chǎng)線與y軸形成的旋轉(zhuǎn)角度。整理式（5），可得FFL,00cos()00sincossin0xzyzzxzyθGxθGyθGθGzθ=--Hx（6）線型旋轉(zhuǎn)零磁場(chǎng)HFFL,θ可表示為FFL,FFL,FFL,cos()sin()θyxH=θHxθHx（7）式中，HFFL,y(x)和HFFL,x(x)分別為生成沿y軸和x軸方向零場(chǎng)線時(shí)x-y面的磁場(chǎng)分布。因此，在x方向加入一組雙平面梯度線圈Coil-x，產(chǎn)生沿x軸方向的零場(chǎng)線，對(duì)原有沿y軸的零磁場(chǎng)進(jìn)行拉動(dòng)。Coil-x與Coil-y相互垂直放置，通過(guò)激勵(lì)電流的控制改變x-y平面的磁場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)零磁場(chǎng)在x-y平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，開放式磁性粒子斷層成像系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。該結(jié)構(gòu)對(duì)磁場(chǎng)的拉動(dòng)效果如圖6所示，圖6a和圖6b分別為Coil-x和Coil-y單獨(dú)作用時(shí)x-y平面的磁通密度分布，圖6c為Coil-x和Coil-y共同作用時(shí)x-y平面的磁通密度分布。從結(jié)果得出，該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)線型零磁場(chǎng)在x-y平面內(nèi)電氣驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。圖5開放式磁性粒子斷層成像系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)Fig.5Openboremagneticpar

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3459401