磁性納米粒子成像（MPI）是近年來興起的一種醫(yī)學(xué)成像方法,具有無電離輻射、毫秒級檢測速度、亞毫米級成像精度的優(yōu)勢,其中線型零磁場掃描可實現(xiàn)被測物內(nèi)部磁性納米粒子分布的圖像,在高精度成像、快速檢測及動態(tài)監(jiān)測方面具有重要的研究意義。針對磁性納米粒子成像存在的系統(tǒng)檢測孔徑和檢測精度問題,該文設(shè)計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)檢測孔徑,提出磁場線圈的電氣驅(qū)動完成斷層成像中零場線全周旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)系統(tǒng)精準(zhǔn)掃描。仿真計算和實驗分析結(jié)果表明,該文設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形成高度為200mm側(cè)面開放的檢測孔徑,提出的電氣驅(qū)動旋轉(zhuǎn)零場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寬度不超過0.95mm,單次掃描時間為3.6ms。因此,該文設(shè)計的開放式磁性納米粒子斷層成像系統(tǒng)可以有效擴(kuò)大檢測孔徑,同時實現(xiàn)亞毫米級精度成像及毫秒級檢測速度。 

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

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

圓形選擇場線圈的磁場分布

向的分量。因此，圖2b所示的各線圈在y軸上的磁場分布有關(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)生零場線，該線圈結(jié)構(gòu)為選擇場線圈。選擇場線圈在x-y平面磁場分布表達(dá)式為FFL,FFL,00()00000xzyyzxGxyGz==HxGx（4）式中，x為位置向量；xzzxxzHHGGzx===。圖3所示為圓形選擇場線圈結(jié)構(gòu)在空間內(nèi)的磁場分布情況，圖3a為x-z平面內(nèi)的磁場分布，圖3b為x-y平面內(nèi)的磁場分布。由磁場分布結(jié)果可知，圓形線圈結(jié)構(gòu)會在y軸方向產(chǎn)生零場線，但x-y平面上磁感應(yīng)強(qiáng)度沿y方向隨著距原點的距離增大而減小，導(dǎo)致零場線方向上磁場梯度非均勻變化，使得線型零磁場內(nèi)粒子分布的檢測精度降低。圖3圓形選擇場線圈的磁場分布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)后的生成零場線的線圈，圖4b為x-y平面（z=0）產(chǎn)生的磁場分布。矩形線圈產(chǎn)生的線型零磁場均勻度優(yōu)于圓形線圈，設(shè)計矩形線圈作為開放式磁性納米粒子成像系統(tǒng)中的選擇場線圈，即Coil-y。

4164電工技術(shù)學(xué)報2020年10月圖4Coil-y生成零場線結(jié)果圖Fig.4Coil-ygeneratestheresultgraphoffield-freeline2.2斷層掃描系統(tǒng)中零場線旋轉(zhuǎn)設(shè)計選擇場線圈在x-y平面上磁場分布為FFL,yH=FFL,yGx。為獲得全周各角度零場線上的磁性納米粒子檢測信號，設(shè)計磁場旋轉(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軸方向零場線時x-y面的磁場分布。因此，在x方向加入一組雙平面梯度線圈Coil-x，產(chǎn)生沿x軸方向的零場線，對原有沿y軸的零磁場進(jìn)行拉動。Coil-x與Coil-y相互垂直放置，通過激勵電流的控制改變x-y平面的磁場分布，實現(xiàn)零磁場在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)對磁場的拉動效果如圖6所示，圖6a和圖6b分別為Coil-x和Coil-y單獨作用時x-y平面的磁通密度分布，圖6c為Coil-x和Coil-y共同作用時x-y平面的磁通密度分布。從結(jié)果得出，該結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)線型零磁場在x-y平面內(nèi)電氣驅(qū)動旋轉(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：3459401