测量人脑部含硼药物浓度及分布的装置和方法与流程

本发明涉及测量人脑部含硼药物浓度及分布的装置和方法，可用于在硼中子俘获放疗（bcnt）治疗前获得含硼（¹⁰b）药物在身体内的分布和浓度信息，为制定治疗计划（tps）提供相关的基础数据，也可以用于其他目的下的含硼药物分布和浓度信息监测。

背景技术：

bnct可以对肿瘤进行微米量级的精确治疗，所以必须在治疗前确定荷硼药物在治疗靶区的分布及浓度，并与治疗计划的期望分布进行比对，以实现对肿瘤的高效治疗并保护正常组织。bnct治疗前如得不到硼药物的定量分布信息，会导致治疗剂量的不定性，影响治疗效果并给正常组织带来不必要的损伤。

目前用于获得含硼药物分布和浓度信息的方法，除了基于血液中含硼药物浓度测量的方法，主要还有两种方式：一是对含硼药物进行放射性标记，采用放射性设备（如spect、pet等）进行放射线测量，以放射性的分布代表含硼药物的分布；二是对含硼药物进行磁共振敏感元素标记，采用磁共振等进行测量，以磁共振信号强度分布代表含硼药物的分布。

其中，基于血液中含硼药物浓度测量的方法有两个缺点：一是测量时间长，测量获得的含硼药物浓度不能代表治疗时的含硼药物浓度；二是病灶区域的浓度是基于肿瘤血液比为定值的假设推算的，但实际上肿瘤血液比随患者个体变化，随肿瘤种类/位置变化，随肿瘤内位置的变化而变化，随时间变化，统一假设为一固定数值的方法太过粗放。因此这种传统方法已经开始逐渐被新的方法所替代。

基于放射性标记含硼药物的方法存在以下几个问题：（1）放射性标记含硼药物的可得性；（2）放射性标记含硼药物在总含硼药物内比例的确定性；（3）增加药物成本；（4）放射性药物给患者带来的额外的剂量；（5）核医学方法的空间分辨率较低；(6)均未通过药品监管部门审批。

基于mri敏感元素标记含硼药物的方法存在以下几个问题：（1）mri敏感元素标记含硼药物的可得性；（2）增加药物成本。

上述问题实质性妨碍了这些方法的实际应用及应用效果。

技术实现要素：

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了测量人脑部含硼药物浓度及分布的新装置和新方法，以期实时获得较为精确的测量数据，并便于实际应用。

本发明的技术方案如下：

测量人脑部含硼药物浓度及分布的装置，包括：

主磁场线圈，用于测量区域形成均匀、稳定的主磁场，设置于中空筒形的低温容器中，采用超导线材绕制，所述低温容器设有制冷机系统；

梯度线圈，用于在测量区域形成三维梯度磁场，设置于主磁场线圈的内侧；

射频线圈，用于向测量区域发射射频电磁波和接收来自测量区域的射频电磁波，通常可以设置于在所述梯度线圈的内侧或其他适宜位置，所述射频电磁波的频率包括硼原子核磁共振激发频率和氢原子核磁共振激发频率；

控制及数据处理系统，用于依据核磁共振检测原理控制所述梯度线圈和射频线圈的工作，依据所接收的硼原子（¹⁰b）在退激发过程中发出的退激发信号，用已知浓度的标准硼化合物模体给硼原子的退激发信号定标，计算获得硼原子的空间分布图像数据，依据所接收的氢原子（¹h）在退激发过程中发出的退激发信号，计算氢原子的空间分布图像数据，依据氢原子的空间分布图像数据确定人体解剖图像数据，将硼原子的空间分布图像数据与人体解剖图像数据进行图像配准融合，得到在人体解剖图像下的硼原子浓度的定量图像数据。

用于绕制所述主磁场线圈的超导线材优选为二硼化镁超导线材。

所述梯度线圈和所述射频线圈优选在轴向上位于主磁场线圈的中部。

所述测量区域可以为磁场壳体的孔腔内，所述磁场壳体呈筒形，所述主磁场线圈、低温容器、梯度磁场线圈和射频线圈安装在所述磁场壳体内。

所述射频线圈为氢硼双核素射频线圈，工作的频率为氢原子及硼原子的共振频率。

可以设有已知浓度的标准硼化合物模体，所述标准硼化合物模体位于测量区域内，可以呈小球状或其它形状，可以设置用于安装所述标准硼化合物模体的装置，通过支架使小球位于所述测量区域内，与被检测的人体一起进行检测。所述支架可以固定在任何位置的任意固定件上，例如，磁场壳体，也可以戴在被检测者的头上（做成能够戴在头上的形状）。检测过程中获得标准硼化合物模体的退激发信号，进而依据浓度与退激发信号强度之间的关系，对人体中各部分（体素）下硼浓度进行定标。

可以依据现有技术设有配套的检查床及检查床移动系统，被检测者仰卧在检测床上，能够随检查床的移动，使被检测者的头部移入磁场壳体的孔腔中部或从磁场壳体的孔腔中部移出。

所述控制及数据处理系统可以包括：

谱仪，用于在计算机的控制下生成和输出梯度线圈和射频线圈的频率或波形控制信号，控制所述梯度线圈与梯度磁场状况相关的工作参数，进而控制梯度磁场状况，控制所述射频线圈的工作频率，进而控制射频线圈发射或接收的射频电磁波的频率，其梯度线圈控制信号输出经梯度功率放大器放大后接入梯度线圈的相应控制端，其射频线圈控制信号输出经射频功率放大器放大后接入射频线圈的相应控制端；

梯度功率放大器，用于对谱仪所发出的梯度线圈控制信号进行功率放大；

射频功率放大器，用于对谱仪所发出的射频控制信号进行功率放大；

收发转换器，用于在计算机的控制下生成和输出射频线圈工作方式的控制信号，控制所述射频线圈的工作方式，其控制信号输出接入射频线圈的相应控制端；

计算机，用于控制谱仪和收发转换器的工作，其用于所述控制谱仪和收发转换器工作的控制信号输出端分别接入所述控制谱仪和收发转换器的相应控制端，并接收源自射频线圈的含有空间定位信息的退激发信号并进行相应的计算处理，形成在人体解剖图像下的硼原子浓度的定量图像数据，其与射频线圈之间的收发转换控制信号传送和退激发信号传送可以共用相同的线缆或链路，也可以分别设置各自的线缆或链路。

测量人脑部含硼药物浓度及分布的方法，利用核磁共振检测原理，在恒定的主磁场中，在梯度磁场控制下，使用特定频率的电磁波选择性激发脑部的氢原子（¹h）或硼原子（¹⁰b），用梯度磁场定位受激发原子在退激发过程中发出的退激发信号，依据所获得的退激发信号分别计算得到氢原子和硼原子的空间分布图像数据，依据氢原子的空间分布图像数据形成高分辨率的人体解剖图像数据，用已知浓度的标准硼化合物模体给接收到的硼原子的退激发信号定标，将硼原子的空间分布图像数据与人体解剖图像数据进行图像配准融合，得到在人体解剖图像下的硼原子浓度的定量图像数据。

用于产生主磁场的磁体优选为超导线圈，所述超导线圈可以设置于中空筒形的低温容器中，采用超导线材绕制，所述低温容器设有制冷机系统。

用于绕制所述主磁场线圈的超导线材优选为二硼化镁超导线材。

用于选择性激发脑部的氢原子和硼原子的电磁波可以由射频线圈产生，所述射频线圈的工作频率范围为氢原子及硼原子的共振频率，例如，6mhz-64mhz，能够在谱仪的控制下发射及接收该范围的射频电磁波。

可以采用所述射频线圈接收氢原子和硼原子的退激发信号，通过收发转换器切换所述射频线圈的发射和接收工作方式。

本发明的有益效果是：采用磁共振原理定位和检测硼和氢原子在退激发过程发出的信号，无需对含硼药物进行放射性标记，避免了引入放射线物质对人体造成的损伤，同时也不需要引入mri敏感元素进行标记，彻底消除了现实中放射性标记含硼药物和mri敏感元素标记含硼药物可得性给实际应用造成的障碍，避免了因进行这些标记导致的高昂的药物成本，可以进行实时测量，且在现有技术背景下，能够获得高精度的测量结果；能够在同一测量中获得硼的分布图像和氢的分布图像，将硼图像与高分辨率的氢图像进行配准融合，形成精确定位的人体内硼分布图像。

本发明适应于任何含硼药物，能够反映真实和实时地含硼药物分布，且没有额外辐射剂量，可进行剂量监督和验证。

附图说明

图1是本发明所用设备系统的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于核磁共振检测原理检测检测或测量，硬件架构主要包括形成主磁场的主磁场线圈2、用于形成梯度磁场的梯度线圈4、用于发射和接收射频电磁波的射频线圈3和用于系统各部分控制以及数据处理的控制及数据处理系统10，所述主磁场线圈采用超导线材1绕制，其中控制及数据处理系统包括用于各部分控制和数据处理的计算机以及在计算机控制下的谱仪和收发转换器，计算机的谱仪控制信号输出接入谱仪的相应控制端，射频线圈收发切换信号输出接入收发转换器的相应控制端，谱仪的梯度线圈控制信号输出经过梯度功率放大器放大后接入梯度线圈的相应控制端，谱仪的射频线圈控制信号输出经过射频功率放大器放大后接入射频线圈的相应控制端，射频线圈所接收的退激发信号进入计算机的相应输入端。由此，计算机可以在相应软件的支持，控制整个系统的工作，并进行相应的数据处理，最终形成在人体解剖图像下的硼原子浓度的定量图像数据，这些数据可以在显示器上显示为相应的图像，可以用作制定bnct治疗计划的相应基础数据。可以依据具体含硼药物成分进行硼浓度和含硼药物浓度的换算。

所述控制及数据处理系统可以采用任意适宜的现有技术，其中控制部分和数据处理部分可以采用相互独立的装置，例如现有mri装置的控制系统和用于数据处理的计算机，也可以集成在一起，设置或者不设置共用部分，甚至以相同的装置实现控制和数据处理的全部功能。

所述主磁场线圈采用超导线材1绕制，设置于低温容器中，依据现有技术形成超导所需的低温，所述梯度线圈可以为常规线圈也可以为超导线圈，当采用超导线圈时，亦应设置于低温容器中。

检测时被检测者躺在检查床5上，头部进入孔洞的中部进行检测。

本发明可以在bnct治疗前和治疗过程中直接在体外、无创、实时获得含硼药物分布，并可以得到人体内硼原子定量分布图像，适用于所有含硼药物，无需进行放射性标记。

本发明所检测的硼特指硼-10(¹⁰b)，激发氢的目的是得到高分辨率的人体解剖图像，硼-10原子分布的图像分辨率比较低，需要与氢原子高分辨率图像融合使用。

使用特定频率的电磁波选择性激发脑部的氢和硼原子，用梯度磁场定位受激发原子在退激发过程中发出的信号，得到氢和硼原子的分布图像。用已经浓度的标准硼化合物模体给接收到信号定标，得到硼原子浓度的定量图像。

磁共振成像使用电磁波的频率与所使用主磁场相关，磁感应强度是b(单位为tesla)时，激发氢所用电磁波的频率是42.58mhzxb;激发硼-10所用电磁波的频率是4.58mhzxb。例如：

实施例1：主磁场强度是1.5tesla，激发氢（¹h）所用电磁波的频率是42.58mhzx1.5=63.87mhz;激发硼-10（¹⁰b）所用电磁波的频率是4.58mhzx1.5=6.87mhz。

实施例2：主磁场强度是3tesla，激发氢所用电磁波的频率是42.58mhzx3=127.74mhz;激发硼-10所用电磁波的频率是4.58mhzx3=13.74mhz。

本发明的装置可以采用下列技术手段：

1）用二硼化镁(mgb2)线材绕作主磁场线圈，线圈直径40cm。

2）将主磁场线圈置于中空桶型低温容器中，用制冷机将低温容器冷却至20k。在此温度条件下，二硼化镁线材电阻为零。

3）在超导状态的主磁场线圈中通以强电流，在线圈内部产生1.5特斯拉的磁场。

4）在低温容器的轴向中部布置梯度磁场线圈及射频线圈。

5）射频线圈可以在谱仪或计算机的控制下发射及接收6mhz-64mhz的射频电磁波。

6）检查过程中，被试者头部位于二硼化镁线圈产生的磁场中。

7）根据需要，在梯度磁场的配合下，可以用不同频率的射频电磁波激发人脑部不同位置的硼或氢原子，可以依据主磁场强度选择需要的频率。

8）硼或氢原子退激发后发射电磁波，与梯度磁场配合，射频接收线圈接收信号，通过梯度磁场获得空间位置信息。

9）经过数学处理可以得到硼的定量图像，并可以与氢的高分辨率图像进行配准融合。

所述检查床可以采用适宜的现有技术，例如各种适宜的核磁共振检查用的检查床，其床身（不含支架的平面或类似于平面的部分，人可以躺在上面）的前端能够伸入到孔腔内，使头部位于孔腔的中部以便进行检查。但现有检查床往往较为简单，功能单一，往往仅适应于仰卧姿态，但对于不能较长时间自己保持头部不动的患者，则难以适应。

作为一种改进，所述床身的前部设有左右两个立式的护板，所述护板所在的平面垂直于左右方向，以便能够挡护在头部的两侧。所述护板与所述床身通过横向导轨或轨道滑动连接，所述床身的下面设有横向的旋转螺杆，所述旋转螺杆的左右两侧通过轴承安装在床身上，优选位于床身的下方，所述床身上设有位于所述旋转螺杆上方的横向长孔，所述护板的下端设有驱动连接端，所述驱动连接端穿过所述床身上的横向长孔，其下端固定连接有与所述旋转螺杆螺纹配合的螺母，所述旋转螺杆左部螺纹与右部螺纹的螺旋方向相反，由此，通过旋转旋转螺杆，就可以带动左、右两个护板同步横向相向移动或背向移动，以同步调整与头部之间的接触距离或压力。

用于实现所述护板与所述床身滑动连接的导轨或轨道可以安装在床身的底面，与所述横向长孔对齐，所述驱动连接端上设有与所述导轨或轨道配合的结构，以实现护板与所述床身之间滑动。可以采用现有市售的滑轨机构或其他适宜的现有技术实现上述基于导轨或轨道的滑动连接。

所述横向长孔可以是一整条，也可以是左右两条，分别对应于左右护板，横向长孔的跨度应与实际使用中护板可能的移动范围相适应。当不需要护板时，可以将护板移到远离头部。

所述护板的内侧面（左护板的右侧面、右护板的左侧面）设有柔性或弹性的垫层，所述垫层的内侧面形状应采用人体工学设计，与头部具有较好的贴合，避免因挤压给患者带来损伤。

可以将不含控制及数据处理系统和检查床的硬件部分（将上述各技术方案去掉控制及数据处理系统和检查床之后的部分）作为一个技术方案或产品使用，该产品能够在相应控制及数据处理系统的控制下进行相应的工作。也可以将不含控制及数据处理系统但含有检查床的硬件部分（将上述各技术方案去掉控制及数据处理系统的部分）作为一个技术方案或产品使用，该产品能够在相应控制及数据处理系统的控制下进行相应的工作，并能够承载被检查者。

本发明的测量人脑部含硼药物浓度及分布的装置可用于实施本发明的任一测量人脑部含硼药物浓度及分布的方法或者采用本发明的任一测量人脑部含硼药物浓度及分布的方法进行测量，本发明本发明的任一测量人脑部含硼药物浓度及分布的方法可以采用本发明的任一测量人脑部含硼药物浓度及分布的装置实施。

本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。