CN115844366B - 一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置 - Google Patents
一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115844366B CN115844366B CN202310126472.0A CN202310126472A CN115844366B CN 115844366 B CN115844366 B CN 115844366B CN 202310126472 A CN202310126472 A CN 202310126472A CN 115844366 B CN115844366 B CN 115844366B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coil
- module
- handheld
- magnetic particle
- alternating current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 title claims abstract description 13
- 210000005075 mammary gland Anatomy 0.000 title claims description 10
- 208000026310 Breast neoplasm Diseases 0.000 claims abstract description 60
- 206010006187 Breast cancer Diseases 0.000 claims abstract description 52
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 20
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 11
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 8
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 12
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000013170 computed tomography imaging Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- WTFXARWRTYJXII-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3] WTFXARWRTYJXII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置、方法、电子设备，旨在解决现有肿瘤检测方法设备体积大、专业化程度高、灵敏度低的问题。本装置包括：线圈模块，供电模块，机械辅助模块，信号预处理模块，控制、信号处理与可视化模块；所述线圈模块包括多组平行排布的线圈探头；所述线圈探头包括驱动线圈单元、接收线圈单元和补偿线圈单元。本发明的乳腺肿瘤检测装置体积更小，做到手持式的便捷检测，提高了乳腺肿瘤检测灵敏度，降低了乳腺肿瘤的判读难度，更有助于乳腺肿瘤的治疗。
Description
技术领域
本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置、方法、电子设备。
背景技术
目前，普遍使用的乳腺肿瘤的检测手段主要包括CT成像，X光断层成像、核磁共振等，但这些检测手段均存在设备体积大、专业化程度高、检测成本高等缺点，因此这些设备无法实现便携式，只能用于专业的医疗场所。另外，一些根据癌变部位的理化性质而设计的便携式检测装置，如基于生物电阻抗成像和基于血液中氮氧化物的含量的检测仪，因为人体理化性质受到多方面因素的干扰，同时，人体理化性质的波动也会导致检测的灵敏度降低，检测准确率难以得到保证。目前这些设备的检测效果仍需要实验和临床验证，至今未得到大规模的使用。因此，临床实践上需要一种可以对乳腺肿瘤进行高灵敏检测的便携式设备。
磁粒子成像是一种新的医学成像模态，具有高灵敏、信号不随深度衰减、安全且无组织背景信号干扰的优点。基于该成像模态的手持式设备可用于对乳腺肿瘤进行高灵敏检测，以实现对乳腺肿瘤的早期发现，早期治疗。基于此，本发明提出了一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有乳腺肿瘤检测装置设备体积大、专业化程度高、灵敏度低的问题，本发明提供了一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，该装置包括：
线圈模块，包括多组平行排布的线圈探头；所述线圈探头包括驱动线圈单元、接收线圈单元和补偿线圈单元；
所述驱动线圈单元，包括绕于第一圆柱体外表面的驱动线圈；所述第一圆柱体为空心圆柱体；所述驱动线圈单元，配置为构建驱动场，使磁粒子产生非线性响应；
所述接收线圈单元，包括绕于第二圆柱体外表面一端的接收线圈；所述第二圆柱***于所述第一圆柱体内部，且所述第二圆柱体与所述第一圆柱体同轴；所述接收线圈单元，配置为将非线性响应引起磁场的变化转换为电压信号，作为第一电压信号；
所述补偿线圈单元，包括绕于所述第二圆柱体外表面另一端的补偿线圈；所述补偿线圈单元，配置为采集磁场信息，对接收线圈进行补偿；
机械辅助模块，包括线圈固定装置、装置固定设备和手持机械臂；
所述线圈固定装置，设置于靠近补偿线圈的一端；所述线圈固定装置，配置为固定所述线圈模块中各线圈，保持线圈相对位置；
所述手持机械臂，为多自由度的机械臂，其一端与装置固定设备连接，另一端与所述线圈固定装置连接；所述手持机械臂，配置为移动、旋转所述线圈模块及所述线圈固定装置；
所述装置固定设备，为箱体结构，与所述手持机械臂末端连接；所述装置固定设备，用于固定机械臂装置；
所述信号预处理模块，配置为对所述第一电压信号进行预处理，得到第二电压信号；
所述控制、信号处理与可视化模块，配置为按照设定的控制指令控制所述线圈模块中驱动线圈的电流变化、实现对待检测目标进行扫描成像。
在一些优选的实施方式中，所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置还包括供电模块；所述机械辅助模块，还包括线圈冷却装置；
所述供电模块，包括电压变压器、变频电路、滤波电路、稳压电路；所述供电模块，配置为根据控制信号，将第一交流电转换为第二交流电，输入所述线圈模块中的驱动线圈；所述第一交流电为所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置输入的交流电；
所述线圈冷却装置，为缠绕于所述驱动线圈外部的细管；所述线圈冷却装置，用于对所述驱动线圈工作时产生的热量进行冷却。
在一些优选的实施方式中，所述装置固定设备，还配置为安装所述供电模块、所述信号预处理模块和所述控制、信号处理与可视化模块中控制模块的硬件设备和信号处理与可视化模块的单片机设备。
在一些优选的实施方式中，所述非线性响应通过郎之万方程表示：
；其中，为平均磁矩，为磁粒子分布，为一个单位方向向量，为郎之万函数，为一个比例系数，为驱动场的磁场强度。
在一些优选的实施方式中，将第一交流电转换为第二交流电，其方法为；
接收所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置中各模块需要的交流电的控制信号；根据所述控制信号读取所述驱动线圈单元所需交流电的参数；所述参数包括波形、频率；
结合所述参数，将所述第一交流电输入电压变压器进行降压，再输入整流电路进行整流，再通过滤波电路将周期变化的电流变化幅度减小，最后输入稳压电路，得到标准的直流电，通过脉冲宽度调制得到设备所需电压、频率和波形的脉冲，作为第二交流电。
在一些优选的实施方式中，所述信号预处理模块，包括带阻陷波滤波器、信号放大电路和滤波电路；
所述带阻陷波滤波器，配置为筛选所述第一电压信号的频率，衰减设定频率范围内的所述第一电压信号；
所述信号放大电路，配置为通过弱信号测量，将所述第一电压信号进行放大；
所述滤波电路，配置为除去低于设定信噪比阈值的第一电压信号。
在一些优选的实施方式中，所述控制、信号处理与可视化模块通过上位机完成控制信号的输入以及所述第二电压信号的处理与可视化；所述上位机，包括单片机设备和远程计算机；
所述单片机设备，用于对设备参数的设定，并将所述第二电压信号发送至所述远程计算机；
所述远程计算机，用于对所述第二电压信号处理以及通过集成动态非线性磁场响应的可视化算法对处理后的第二电压信号进行可视化；所述远程计算机，配置有CPU多线程及GPU硬件，用于对所述可视化算法进行加速；
所述单片机设备和所述远程计算机通过无线通讯进行信号的收发，两者都具有显示功能。
本发明的第二方面，提出了一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测方法，该方法包括：
S100，将靶向乳腺肿瘤细胞或细胞分子的磁粒子注入目标对象待检测部位；基于所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置中各模块需要的交流电的控制信号，将所述第一交流电变换为第二交流电；
S200，将所述第二交流电输入所述线圈模块，构建驱动场，将所述线圈模块靠近所述目标对象待检测部位，并根据需求进行移动，采集磁粒子成像电压信号，作为第一电压信号；
S300，将所述第一电压信号输入所述信号预处理模块进行预处理，得到第二电压信号；
S400，将所述第二电压信号输入所述控制、信号处理与可视化模块进行处理和可视化，得到所述目标对象待检测部位的磁粒子成像结果。
本说明书的第三方面，提出了一种电子设备，至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置。
本说明书的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置。
本发明的有益效果：
本发明的乳腺肿瘤检测装置体积更小，做到手持式的便捷检测，提高了乳腺肿瘤检测灵敏度，降低了乳腺肿瘤的判读难度，更有助于乳腺肿瘤的治疗。
1）本发明提供了一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，检测装置体积小，避免了传统肿瘤检测方法设备体积大、专业化程度高等缺点；
2）本发明优化了电路设计，提高了对磁纳米粒子非线性响应信号的灵敏感知和乳腺肿瘤检测灵敏度；
3）本发明通过线圈传感器采集磁粒子成像信号，转换为电压信号并进行处理，通过上位机的硬件和软件设计，使检测结果可视化，降低了乳腺肿瘤的判读难度；
4）本发明基于磁粒子成像这一新的生物医学成像模态，通过硬件和软件设计，实现乳腺肿瘤的检测，具有高灵敏、高时间分辨率、安全、无辐射等优势，并且可以做到手持式的便捷检测，可以有效地解决常规设备如CT成像、X光断层成像、核磁共振等进行肿瘤检测时面临的设备体积大、专业化程度高等局限性，提供更加方便的检测手段，从而实现乳腺肿瘤的早期发现，继而指导临床实践中治疗方案的选择，提高乳腺肿瘤的治疗效果。
附图说明
通过阅读参照附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明一种实施例的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置的机械辅助模块构成示意图；
图2是本发明一种实施例的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置的线圈模块构成示意图；
图3是本发明一种实施例的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置的框架示意图；
图4是本发明一种实施例的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置的上位机硬件和软件设计示意图；
图5是本发明一种实施例的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置的使用示意图；
图6是本发明一种实施例的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置的检测结果示意图；
图7是本发明一种实施例的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测方法的流程示意图；
图8是本发明一种实施例的适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机***的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明提供了一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，该装置包括：
线圈模块，包括多组平行排布的线圈探头；所述线圈探头包括驱动线圈单元、接收线圈单元和补偿线圈单元；
所述驱动线圈单元，包括绕于第一圆柱体外表面的驱动线圈；所述第一圆柱体为空心圆柱体；所述驱动线圈单元，配置为构建驱动场，使磁粒子产生非线性响应；
所述接收线圈单元，包括绕于第二圆柱体外表面一端的接收线圈；所述第二圆柱***于所述第一圆柱体内部，且所述第二圆柱体与所述第一圆柱体同轴；所述接收线圈单元，配置为将非线性响应引起磁场的变化转换为电压信号，作为第一电压信号；
所述补偿线圈单元，包括绕于所述第二圆柱体外表面另一端的补偿线圈；所述补偿线圈单元，配置为采集磁场信息，对接收线圈进行补偿；
机械辅助模块，包括线圈固定装置、装置固定设备和手持机械臂；
所述线圈固定装置，设置于靠近补偿线圈的一端；所述线圈固定装置，配置为固定所述线圈模块中各线圈，保持线圈相对位置；
所述手持机械臂，为多自由度的机械臂，其一端与装置固定设备连接，另一端与所述线圈固定装置连接；所述手持机械臂，配置为移动、旋转所述线圈模块及所述线圈固定装置；
所述装置固定设备，为箱体结构，与所述手持机械臂末端连接；所述装置固定设备，用于固定机械臂装置；
所述信号预处理模块，配置为对所述第一电压信号进行预处理，得到第二电压信号；
所述控制、信号处理与可视化模块，配置为按照设定的控制指令控制所述线圈模块中驱动线圈的电流变化、实现对待检测目标进行扫描成像。
为了更清晰地对本发明一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置进行说明，下面结合附图对本发明装置实施例中各模块展开详述。
一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，如图3所示，该装置包括：线圈模块100，供电模块200，机械辅助模块300，信号预处理模块400，控制、信号处理与可视化模块500；
线圈模块100，如图2所示，包括多组平行排布的线圈探头；所述线圈探头包括驱动线圈单元、接收线圈单元和补偿线圈单元；配置为进行多个位置的信号检测；所述线圈模块，配置为通过设计驱动线圈、接收线圈及其他配套线圈，建立驱动场，并实现磁粒子成像信号的采集；
所述驱动线圈单元，包括绕于第一圆柱体外表面的驱动线圈；所述第一圆柱体为空心圆柱体，所述第一圆柱体的横截面优选为圆环形；所述驱动线圈单元，配置为在驱动线圈中通入交流电，构建驱动场，所述驱动场的磁场随时间变化，使磁粒子产生非线性响应；
在本实施例中，通入的交流电优选25kHz的方波脉冲，所述非线性响应通过郎之万方程表示：；其中为平均磁矩，为磁粒子分布，为一个单位方向向量，为郎之万函数，为一个比例系数，为驱动场的磁场强度。
所述接收线圈单元，包括绕于第二圆柱体外表面一端的接收线圈；所述第二圆柱***于所述第一圆柱体内部，且所述第二圆柱体与所述第一圆柱体同轴；所述接收线圈单元，配置为将非线性响应引起磁场的变化转换为电压信号，作为第一电压信号；
所述补偿线圈单元，包括绕于所述第二圆柱体外表面另一端的补偿线圈；所述补偿线圈单元，配置为采集磁场信息，对接收线圈进行补偿；
通过上述线圈模块电路设计，实现对磁纳米粒子非线性响应信号的高灵敏感知。
供电模块200，包括电压变压器、变频电路、滤波电路、稳压电路；所述供电模块，配置为根据控制信号，将第一交流电转换为第二交流电，输入所述线圈模块中的驱动线圈；所述第一交流电为所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置输入的交流电；
在本实施例中，接收所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置中各模块需要的交流电的控制信号；根据所述控制信号读取所述驱动线圈单元所需交流电的参数；所述参数包括波形、频率；
将第一交流电转换为第二交流电，其方法为：结合所述参数，将所述第一交流电输入电压变压器进行降压，再输入整流电路进行整流，再通过滤波电路将周期变化的电流变化幅度减小，最后输入稳压电路，得到标准的直流电，通过脉冲宽度调制得到设备所需电压、频率和波形的方波脉冲，作为第二交流电。
机械辅助模块300，如图1所示，包括线圈固定装置、手持机械臂、装置固定设备和线圈冷却装置；
所述线圈固定装置，设置于靠近补偿线圈的一端；所述线圈固定装置，配置为固定所述线圈模块中各线圈，保持线圈相对位置，以避免因设备手持移动而引发磁场的变化，提高设备可靠性；
所述手持机械臂，为多自由度的机械臂，其一端与装置固定设备连接，另一端与所述线圈固定装置连接；所述手持机械臂，配置为移动、旋转所述线圈模块及所述线圈固定装置，用于对乳腺肿瘤进行多位置、多角度的检测；
所述装置固定设备，为箱体结构，与所述手持机械臂末端连接，用于固定所述手持机械臂，还用于安装所述供电模块、所述信号预处理模块和所述控制、信号处理与可视化模块中控制模块的硬件设备和信号处理与可视化模块的单片机设备；
所述线圈冷却装置，为缠绕于所述驱动线圈外部的细管，工作时循环通水；线圈工作时会产生热量，并且温度的变化会导致采集信号准确性下降，因此设置线圈冷却装置，用于对所述驱动线圈工作时产生的热量进行冷却，避免通电线圈发热对肿瘤检测的影响；
所述信号预处理模块400，配置为对所述第一电压信号进行预处理，得到第二电压信号，减少上位机的处理负担；
在本实施例中，所述信号预处理模块，包括带阻陷波滤波器、信号放大电路和滤波电路；
所述带阻陷波滤波器，配置为筛选所述第一电压信号的频率，衰减设定频率范围内的所述第一电压信号，以减少噪声、背景信号等对设置灵敏的影响；
所述信号放大电路，配置为通过弱信号测量，将所述第一电压信号进行放大；
所述滤波电路，配置为除去低于设定信噪比阈值的第一电压信号，降低信号传输和处理成本。
所述控制、信号处理与可视化模块500，配置为按照设定的控制指令控制所述线圈模块中驱动线圈的电流变化、控制线圈冷却装置的液压、实现对待检测目标进行扫描成像。
在本实施例中，如图4所示，所述控制、信号处理与可视化模块通过上位机完成控制信号的输入以及所述第二电压信号的处理与可视化；所述上位机，包括单片机设备和远程计算机；
所述单片机设备，用于对设备参数的设定，并将所述第二电压信号发送至所述远程计算机；
所述远程计算机，用于对所述第二电压信号处理以及通过集成动态非线性磁场响应的可视化算法对处理后的第二电压信号进行可视化；所述远程计算机，配置有CPU多线程及GPU硬件，用于对所述可视化算法进行加速；
所述单片机设备和所述远程计算机通过无线通讯进行信号的收发，两者都具有显示功能。
需要说明的是，上述实施例提供的一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
本发明第二实施例的一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测方法，如图7所示，该方法包括：
S100，将靶向乳腺肿瘤细胞或细胞分子的磁粒子注入目标对象待检测部位；基于所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置中各模块需要的交流电的控制信号，将所述第一交流电变换为第二交流电；
在本实施例中，所述第一交流电为所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置输入的交流电；将所述第一交流电转换为第二交流电，其方法为：
接收所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置中各模块需要的交流电的控制信号；根据所述控制信号读取所述驱动线圈单元所需交流电的参数；所述参数包括波形、频率；
结合所述参数，将所述第一交流电输入电压变压器进行降压，再输入整流电路进行整流，再通过滤波电路将周期变化的电流变化幅度减小，最后输入稳压电路，得到标准的直流电，通过脉冲宽度调制得到设备所需电压、频率和波形的方波脉冲，作为第二交流电。
S200，将所述第二交流电输入所述线圈模块，构建驱动场，将所述线圈模块靠近所述目标对象待检测部位，并根据需求进行移动，采集磁粒子成像电压信号，作为第一电压信号；
在本实施例中，所述线圈模块，包括多组平行排布的线圈探头；所述线圈探头包括驱动线圈单元、接收线圈单元和补偿线圈单元；配置为进行多个位置的信号检测；
所述驱动线圈单元，包括绕于第一圆柱体外表面的驱动线圈；所述第一圆柱体为空心圆柱体；所述驱动线圈单元，配置为在驱动线圈中通入交流电，构建驱动场，所述驱动场的磁场随时间变化，使磁粒子产生非线性响应；
通入的交流电优选25kHz的方波脉冲，所述非线性响应通过郎之万方程表示：
；其中，为平均磁矩，为磁粒子分布，为一个单位方向向量，为郎之万函数，为一个比例系数，为驱动场的磁场强度。
所述接收线圈单元，包括绕于第二圆柱体外表面一端的接收线圈；所述第二圆柱***于所述第一圆柱体内部，且所述第二圆柱体与所述第一圆柱体同轴；所述接收线圈单元，配置为将非线性响应引起磁场的变化转换为电压信号，作为第一电压信号；
所述补偿线圈单元，包括绕于所述第二圆柱体外表面另一端的补偿线圈；所述补偿线圈单元，配置为用于采集磁场信息，对接收线圈进行补偿。
S300，将所述第一电压信号输入所述信号预处理模块进行预处理，得到第二电压信号；
在本实施例中，所述信号预处理模块，包括带阻陷波滤波器、信号放大电路和滤波电路；
所述带阻陷波滤波器，配置为筛选所述第一电压信号的频率，衰减设定频率范围内的所述第一电压信号，以减少噪声、背景信号等对设置灵敏的影响；
所述信号放大电路，配置为通过弱信号测量，将所述第一电压信号进行放大；
所述滤波电路，配置为除去低于设定信噪比阈值的第一电压信号，降低信号传输和处理成本。
S400，将所述第二电压信号输入所述控制、信号处理与可视化模块进行处理和可视化，得到所述目标对象待检测部位的磁粒子成像结果。
在本实施例中，采用乳腺仿体模型作为目标对象，在仿体内注入的示踪粒子为超顺磁性氧化铁（SPIO）。
所述控制、信号处理与可视化模块通过上位机完成控制信号的输入以及所述第二电压信号的处理与可视化；
所述上位机，包括单片机设备和远程计算机；所述单片机设备，用于对设备参数的设定，并将所述第二电压信号发送至所述远程计算机；
所述远程计算机，用于对所述第二电压信号处理以及通过集成动态非线性磁场响应的可视化算法对处理后的第二电压信号进行可视化；所述远程计算机，配置有CPU多线程及GPU硬件，用于对所述可视化算法进行加速；
所述单片机设备和所述远程计算机通过无线通讯进行信号的收发，两者都具有显示功能；
在所述上位机硬件的显示屏上观测检测结果，检测结果如图6所示。
本发明第三实施例的一种电子设备，至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置。
本发明第四实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置。
所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的电子设备、计算机可读存储介质的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实例中的对应过程，在此不再赘述。
下面参考图8，其示出了适于用来实现本申请方法、***、装置实施例的服务器的计算机***的结构示意图。图8示出的服务器仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图8所示，计算机***包括中央处理单元(CPU，Central Processing Unit)801，其可以根据存储在只读存储器(ROM，Read Only Memory)802中的程序或者从存储部分808加载到随机访问存储器(RAM，Random Access Memory)803中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 803中，还存储有***操作所需的各种程序和数据。CPU 801、ROM802以及RAM803通过总线804彼此相连。输入/输出(I/O，Input/Output)接口805也连接至总线804。
以下部件连接至I/O接口805：包括键盘、鼠标等的输入部分806；包括诸如阴极射线管(CRT，Cathode Ray Tube)、液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)等以及扬声器等的输出部分807；包括硬盘等的存储部分808；以及包括诸如LAN(局域网，Local AreaNetwork)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分809。通信部分809经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器810也根据需要连接至I/O接口805。可拆卸介质811，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器810上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分808。
特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分809从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质811被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)801执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，该装置包括：
线圈模块，包括多组平行排布的线圈探头；所述线圈探头包括驱动线圈单元、接收线圈单元和补偿线圈单元；
所述驱动线圈单元，包括绕于第一圆柱体外表面的驱动线圈；所述第一圆柱体为空心圆柱体；所述驱动线圈单元，配置为构建驱动场，使磁粒子产生非线性响应；
所述接收线圈单元，包括绕于第二圆柱体外表面一端的接收线圈；所述第二圆柱***于所述第一圆柱体内部，且所述第二圆柱体与所述第一圆柱体同轴；所述接收线圈单元，配置为将非线性响应引起磁场的变化转换为电压信号，作为第一电压信号；
所述补偿线圈单元，包括绕于所述第二圆柱体外表面另一端的补偿线圈；所述补偿线圈单元，配置为采集磁场信息，对接收线圈进行补偿；
机械辅助模块，包括线圈固定装置、装置固定设备和手持机械臂；
所述线圈固定装置，设置于靠近补偿线圈的一端；所述线圈固定装置，配置为固定所述线圈模块中各线圈，保持线圈相对位置；
所述手持机械臂，为多自由度的机械臂，其一端与装置固定设备连接，另一端与所述线圈固定装置连接；所述手持机械臂，配置为移动、旋转所述线圈模块及所述线圈固定装置；
所述装置固定设备，为箱体结构，与所述手持机械臂末端连接；所述装置固定设备，用于固定所述手持机械臂；
信号预处理模块，配置为对所述第一电压信号进行预处理，得到第二电压信号；
控制、信号处理与可视化模块，配置为按照设定的控制指令控制所述线圈模块中驱动线圈的电流变化、实现对待检测目标进行扫描成像。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置还包括供电模块；所述机械辅助模块，还包括线圈冷却装置；
所述供电模块，包括电压变压器、变频电路、滤波电路、稳压电路；所述供电模块，配置为根据控制信号，将第一交流电转换为第二交流电，输入所述线圈模块中的驱动线圈；所述第一交流电为所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置输入的交流电；
所述线圈冷却装置，为缠绕于所述驱动线圈外部的细管；所述线圈冷却装置，用于对所述驱动线圈工作时产生的热量进行冷却。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，所述装置固定设备，还配置为安装供电模块、所述信号预处理模块和所述控制、信号处理与可视化模块中控制模块的硬件设备和信号处理与可视化模块的单片机设备。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，所述非线性响应通过郎之万方程表示：
；其中，为平均磁矩，为磁粒子分布，为一个单位方向向量，为郎之万函数，为一个比例系数，为驱动场的磁场强度。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，将第一交流电转换为第二交流电，其方法为；
接收所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置中各模块需要的交流电的控制信号；根据所述控制信号读取所述驱动线圈单元所需交流电的参数；所述参数包括波形、频率；
结合所述参数，将所述第一交流电输入电压变压器进行降压，再输入整流电路进行整流，再通过滤波电路将周期变化的电流变化幅度减小，最后输入稳压电路，得到标准的直流电，通过脉冲宽度调制得到设备所需电压、频率和波形的脉冲，作为第二交流电。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，所述信号预处理模块，包括带阻陷波滤波器、信号放大电路和滤波电路；
所述带阻陷波滤波器，配置为筛选所述第一电压信号的频率，衰减设定频率范围内的所述第一电压信号；
所述信号放大电路，配置为通过弱信号测量，将所述第一电压信号进行放大；
所述滤波电路，配置为除去低于设定信噪比阈值的第一电压信号。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，所述控制、信号处理与可视化模块通过上位机完成控制信号的输入以及所述第二电压信号的处理与可视化；
所述上位机，包括单片机设备和远程计算机；
所述单片机设备，用于对设备参数的设定，并将所述第二电压信号发送至所述远程计算机；
所述远程计算机，用于对所述第二电压信号处理以及通过集成动态非线性磁场响应的可视化算法对处理后的第二电压信号进行可视化；所述远程计算机，配置有CPU多线程及GPU硬件，用于对所述可视化算法进行加速；
所述单片机设备和所述远程计算机通过无线通讯进行信号的收发，两者都具有显示功能。
8.一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测方法，基于权利要求1-7任一项所述的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置，其特征在于，该方法包括：
S100，将靶向乳腺肿瘤细胞或细胞分子的磁粒子注入目标对象待检测部位；基于所述基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置中各模块需要的交流电的控制信号，将第一交流电变换为第二交流电；
S200，将所述第二交流电输入所述线圈模块，构建驱动场，将所述线圈模块靠近所述目标对象待检测部位，并根据需求进行移动，采集磁粒子成像电压信号，作为第一电压信号；
S300，将所述第一电压信号输入所述信号预处理模块进行预处理，得到第二电压信号；
S400，将所述第二电压信号输入所述控制、信号处理与可视化模块进行处理和可视化，得到所述目标对象待检测部位的磁粒子成像结果。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现权利要求8所述的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现权利要求8所述的基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310126472.0A CN115844366B (zh) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310126472.0A CN115844366B (zh) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115844366A CN115844366A (zh) | 2023-03-28 |
| CN115844366B true CN115844366B (zh) | 2023-04-28 |
Family
ID=85658280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310126472.0A Active CN115844366B (zh) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115844366B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014121991A1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-14 | Koninklijke Philips N.V. | Active compensation for field distorting components in a magnetic resonance imaging system with a gantry |
| CN113288106A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-24 | 中国科学院自动化研究所 | 磁粒子成像检测***、方法、电子设备 |
| CN115153490A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-10-11 | 北京航空航天大学 | 基于非旋转场自由线的磁纳米粒子检测成像装置、方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090082662A1 (en) * | 2007-09-24 | 2009-03-26 | Israel Henry M | Mri breast image magnet structure |
| US8731635B2 (en) * | 2007-11-07 | 2014-05-20 | University of Pittsburgh—of the Commonwealth System of Higher Education | Coils for magnetic resonance spectroscopy and imaging of human breast |
| CN110420026B (zh) * | 2019-07-15 | 2020-05-19 | 中国科学院自动化研究所 | 基于ffl的磁粒子成像三维立体重建方法、***、装置 |
-
2023
- 2023-02-17 CN CN202310126472.0A patent/CN115844366B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014121991A1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-14 | Koninklijke Philips N.V. | Active compensation for field distorting components in a magnetic resonance imaging system with a gantry |
| CN113288106A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-24 | 中国科学院自动化研究所 | 磁粒子成像检测***、方法、电子设备 |
| CN115153490A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-10-11 | 北京航空航天大学 | 基于非旋转场自由线的磁纳米粒子检测成像装置、方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115844366A (zh) | 2023-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Graeser et al. | Towards picogram detection of superparamagnetic iron-oxide particles using a gradiometric receive coil | |
| CN113288106B (zh) | 磁粒子成像检测***、方法、电子设备 | |
| US6148229A (en) | System and method for compensating for motion artifacts in a strong magnetic field | |
| CN114246574A (zh) | 基于谐波正交投影的磁粒子成像方法、***、设备 | |
| CN113397521B (zh) | 螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法、***、设备 | |
| EA026506B1 (ru) | Медицинский магнитометр | |
| CN116019436B (zh) | 基于多频驱动的磁粒子三维成像***及方法 | |
| JP6890484B2 (ja) | 磁界計測装置および計測磁界表示方法 | |
| CN113331812A (zh) | 面向全身的三维磁粒子成像方法、***及设备 | |
| CN109116182A (zh) | 通信电缆接头屏蔽罩屏蔽效能测量的装置及方法 | |
| CN115844366B (zh) | 一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置 | |
| CN116195988A (zh) | 一种基于直流偏置和二次谐波检测的磁粒子成像*** | |
| US11914011B1 (en) | Handheld magnetic particle imaging system and method based on field free line rotation | |
| CN115844365B (zh) | 小动物磁粒子成像和荧光分子断层成像多模态成像*** | |
| CN115813366A (zh) | 一种多线圈手持式磁粒子成像装置、方法及电子设备 | |
| CN115409945A (zh) | 融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像***及方法 | |
| CN107714177A (zh) | 一种用于血管介入手术的微波定位导航*** | |
| Okamura et al. | Inverse problem analysis in magnetic nanoparticle tomography using minimum variance spatial filter | |
| CN112089417B (zh) | 脊磁图***、脊磁图处理方法及装置 | |
| Sohn et al. | Wavelet-based protoacoustic signal denoising for proton range verification | |
| CN117192452B (zh) | 基于多线圈信号增强的大孔径三维磁粒子成像装置和方法 | |
| CN207506635U (zh) | 一种辅助心脏冠脉介入手术的微波导航定位*** | |
| CN207101289U (zh) | 一种连续多普勒血流动力检测装置 | |
| US20190076027A1 (en) | Processing apparatus and processing method concerning medical images | |
| JP4822399B2 (ja) | 医用画像診断装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |