基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路及获取方法

本发明属于生物医学成像，具体涉及一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路及获取方法。

背景技术：

1、磁粒子成像(magnetic particle imaging)技术是一种新兴的医学断层成像技术，其通过超顺磁性纳米粒子(superparamagnetic iron oxide nanoparticles)在变化磁场中的非线性响应的特性对磁粒子浓度的空间分布进行成像，因其具有高时空分辨率、高灵敏度、无电离辐射危害、定量检测能力等优势，可应用于血管成像，灌注成像，肿瘤检测，磁热疗引导、磁性药物递送等多个场景，具有广泛的前景与发展潜力。

2、现有技术中，在磁粒子成像设备中，由于激励线圈与探测线圈的互感现象，粒子信号的基频分量受到馈通干扰的影响而无法被采用，导致粒子信号强度降低，影响成像设备的灵敏度。

3、因此，亟需改善现有技术中存在的上述缺陷。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路及获取方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路，包括：

3、信号发生器，包括第一输出端、第二输出端和输入端，信号发生器用于生成激励信号和抵消信号，且激励信号由信号发生器的第一输出端输出，抵消信号由信号发生器的第二输出端输出；

4、功率放大器，包括输入端和输出端，功率放大器的输入端与信号发生器的第一输出端电连接；

5、电容，包括第一端和第二端，电容的第一端与功率放大器的输出端电连接；

6、激励线圈，包括第一端和第二端，激励线圈的一端与电容的第二端电连接，激励线圈的第二端接地；

7、探测线圈，包括第一端和第二端，探测线圈的第二端接地；激励线圈与探测线圈嵌套设置；

8、前置放大器，包括第一输入端、第二输入端和输出端，前置放大器的第一输入端与探测线圈的第一端电连接，前置放大器的第二输入端与信号发生器的第二输出端电连接；

9、采集卡，包括输入端和输出端，采集卡的输入端与前置放大器的输出端电连接；

10、中央处理器，包括输入端和输出端，中央处理器的输入端与采集卡的输出端电连接，中央处理器的输出端与信号发生器的输入端电连接。

11、第二方面，本发明还提供一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号获取方法，包括：

12、信号发生器生成激励信号和抵消信号；

13、激励信号由信号发生器的第一输出端传输至功率放大器的输入端，功率放大器对激励信号进行处理；

14、经过功率放大器处理后的激励信号由功率放大器的输出端传输至电容的第一端，再由电容的第二端传输至激励线圈的第一端；电容与激励线圈组成谐振网络，在激励信号的作用下，谐振网络中的激励线圈产生高频交变磁场，用于激发粒子信号；

15、经过探测线圈处理后的馈通干扰信号由探测线圈的第一端传输至前置放大器的第一输入端，前置放大器对经过探测线圈处理后的馈通干扰信号进行处理；

16、经过前置放大器处理后的馈通干扰信号由前置放大器的输出端传输至采集卡的输入端，并由采集卡的输出端传输至中央处理器的输入端，得到馈通干扰信号的幅度信息和相位信息，并由中央处理器的输出端传输至信号发生器的输入端；

17、信号发生器根据馈通干扰信号的幅度信息和相位信息，生成抵消信号，抵消信号由信号发生器的第二输出端传输至前置放大器的第二输入端；前置放大器对馈通干扰信号和抵消信号进行差分处理，实现对馈通干扰的抵消；

18、引入粒子，获取粒子信号，粒子信号由探测线圈的输出端传输至前置放大器的第一输入端，前置放大器对粒子信号进行放大处理，得到放大后的含有基频分量在内的全谐波粒子信号。

19、本发明的有益效果：

20、(1)、本发明提供的一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路及获取方法，采用了谐振电路作为信号发射链路，极大的减弱了因设备功耗较高所导致的馈通干扰出现非线性振幅和相位漂移的影响。

21、(2)、本发明提供的一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路及获取方法，使用了三段式梯度探测线圈对于高达数十伏以上馈通干扰实现初步衰减，使其可被后续的电子设备所处理。

22、(3)、本发明提供的一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路及获取方法，基于信号采集\发生装置对于馈通衰减相位及幅度信息的精确获取，实现了抵消信号的精准输出，完成了馈通干扰与粒子信号的精准分离，获取了含有基频分量在内的全谐波粒子信号，提升了设备的灵敏度。

23、(4)、本发明提供的一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路及获取方法，基于硬件端直接采集的含有基频分量在内的全谐波粒子信号，进一步与x-space算法相结合，实现二维快速成像。

24、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路，其特征在于，所述探测线圈为三段式梯度线圈。

3.根据权利要求2所述的基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路，其特征在于，还包括：粒子，所述粒子位于所述探测线圈内部。

4.一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号获取方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的基于有源补偿的二维磁粒子成像信号获取方法，其特征在于，粒子未移入设备时，经过所述探测线圈处理后的信号的表达式为：

6.根据权利要求4所述的基于有源补偿的二维磁粒子成像信号获取方法，其特征在于，当所述前置放大器的第二输入端接收到的抵消信号为零时，且粒子未移入设备时，经过所述前置放大器处理后的信号的表达式为：

7.根据权利要求4所述的基于有源补偿的二维磁粒子成像信号获取方法，其特征在于，当所述前置放大器的第二输入端接收到的抵消信号不为零时，且粒子未移入设备中，经过所述前置放大器处理后的信号的表达式为：

8.根据权利要求4所述的基于有源补偿的二维磁粒子成像信号获取方法，其特征在于，将粒子移入设备中，α＝1000，放大粒子信号，生成用于成像的信号其表达式为：

技术总结
本发明公开了一种基于有源补偿的二维磁粒子成像信号接收链路及获取方法，包括：信号发生器；功率放大器，其输入端与信号发生器的第一输出端电连接；电容，其第一端与功率放大器的输出端电连接；激励线圈，其第一端与电容的第二端电连接，激励线圈的第二端接地；探测线圈，其第二端接地；前置放大器，其第一输入端与探测线圈的第一端电连接，其第二输入端与信号发生器的第二输出端电连接；采集卡，其输入端与前置放大器的输出端电连接；中央处理器，其输入端与采集卡的输出端电连接，中央处理器的输出端与信号发生器的输入端电连接。本发明实现了对于馈通干扰的精准抵消，获取了包含基频分量在内的全谐波信号，提升了设备的灵敏度。

技术研发人员：朱守平,郜云鹏,张中豪,何宁,廖义东
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14