專利名稱：基于磁納米粒子交流磁化強(qiáng)度的在體溫度測(cè)量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁納米粒子交流磁化強(qiáng)度的在體溫度測(cè)量方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在體(in vivo)溫度是指完整且存活個(gè)體內(nèi)的組織溫度。在生物醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)，在體溫度測(cè)量方式分為侵入式測(cè)量和非侵入式測(cè)量。侵入式測(cè)量方法簡(jiǎn)單，測(cè)量位置便于影像直接監(jiān)控，測(cè)量精度高，實(shí)時(shí)測(cè)溫，但它導(dǎo)致的創(chuàng)傷性較大，插針容易引起病變細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，加熱源的輻射場(chǎng)直接與探針作用引起測(cè)量精度的下降，測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)為點(diǎn)溫度，而非整個(gè)凝固區(qū)的溫度場(chǎng)分布。而非侵入式溫度測(cè)量能夠有效避免創(chuàng)口感染或癌細(xì)胞擴(kuò)散，提供較高精度的在體溫度實(shí)時(shí)信息及組織深處溫度(場(chǎng))成像分布圖，正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，該方式在生物醫(yī)療領(lǐng)域越來(lái)越被接受和追捧。目前，非侵入式溫度測(cè)量主要有超聲測(cè)溫法、微波測(cè)溫法、核磁共振測(cè)溫法和磁納米遠(yuǎn)程測(cè)溫等。超聲測(cè)溫法由于受生物體體積的制約多采用反射回波的形式，缺陷在于必須預(yù)先測(cè)出各種組織的聲特性及其溫度特性而各組織的溫度特性存在較大差異且不穩(wěn)定。微波測(cè)溫法只適用于淺表瘤，深層分辨率明顯降低?？紤]到體表測(cè)定的熱噪聲微波涉及到測(cè)定范圍內(nèi)的溫度分布、組織結(jié)構(gòu)及電性能，此法的缺陷在于必須先推定溫度的分布和測(cè)定生物體的結(jié)構(gòu)參數(shù)及電性參數(shù)。核磁共振測(cè)溫法的缺陷在于價(jià)格昂貴，不利于普及應(yīng)用，其空間分辨率及溫度分辨率有限，更重要的是其無(wú)法獲得組織的絕對(duì)溫度，只能得到溫度的變化值。利用磁納米粒子進(jìn)行遠(yuǎn)程非侵入式溫度測(cè)量在克服上述缺點(diǎn)的同時(shí)，有望提供一種高精度的組織深處溫度(場(chǎng))測(cè)量技術(shù)。此方法實(shí)現(xiàn)在體溫度的測(cè)量和控制將從分子水平對(duì)腫瘤熱療過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)定并及時(shí)做出有效調(diào)整。此外，基于磁納米粒子的分子層析成像技術(shù)(MPI)在遠(yuǎn)程非侵入 式在體溫度測(cè)量方面展現(xiàn)了極高的實(shí)時(shí)速率。相比于傳統(tǒng)的非侵入式在體溫度測(cè)量方法——核磁共振，MPI的系統(tǒng)構(gòu)成更加便利，成本更低，精度也更高。它以磁納米粒子磁化強(qiáng)度的變化來(lái)產(chǎn)生像原，而且更重要的是此變化存在高度的溫度敏感性，因此MPI從理論上說(shuō)也能完成在體溫度的測(cè)量和成像。磁納米粒子與溫度相關(guān)的屬性包括粒徑、飽和磁矩和磁納米粒子在體內(nèi)的濃度分布等。粒徑、飽和磁矩可預(yù)先在體外進(jìn)行精確反復(fù)測(cè)試確定，但磁納米粒子在體內(nèi)的濃度分布卻是難以測(cè)量，目前也未提出任何測(cè)量方案。而磁納米粒子在體內(nèi)的濃度分布與空間分布的不確定性將會(huì)導(dǎo)致活體內(nèi)溫度測(cè)量的極大誤差，因此探索在不知磁納米粒子濃度情況下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度測(cè)量成為磁納米腫瘤熱療領(lǐng)域函需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁納米粒子交流磁化強(qiáng)度的在體溫度測(cè)量方法，旨在不知磁納米粒子濃度的情況下實(shí)現(xiàn)在體溫度的準(zhǔn)確測(cè)量。一種在體溫度測(cè)量方法，包括如下步驟:
(I)將磁納米試劑置放于待測(cè)對(duì)象處；(2)對(duì)磁納米試劑所在區(qū)域施加交流激勵(lì)磁場(chǎng)；(3)采集交流激勵(lì)磁場(chǎng)作用下磁納米試劑的交流磁化強(qiáng)度信號(hào)；(4)檢測(cè)交流磁化強(qiáng)度信號(hào)的各奇次諧波幅值C1, C3,…，C2n^1,諧波個(gè)數(shù)η彡I ;
(5)根據(jù)各奇次諧波和在體溫度的關(guān)系式X = AY計(jì)算在體溫度Τ，其中，由各奇次
諧波幅值組成列向量
權(quán)利要求
1.一種在體溫度測(cè)量方法，包括如下步驟: (1)將磁納米試劑置放于待測(cè)對(duì)象處； (2)對(duì)磁納米試劑所在區(qū)域施加交流激勵(lì)磁場(chǎng)； (3)采集交流激勵(lì)磁場(chǎng)作用下磁納米試劑的交流磁化強(qiáng)度信號(hào)；(4)檢測(cè)交流磁化強(qiáng)度信號(hào)的各奇次諧波幅值C1,C3,…，C2lri，諧波個(gè)數(shù)η≥ I ； (5)根據(jù)各奇次諧波和在體溫度的關(guān)系式X= AY計(jì)算在體溫度Τ，其中，由各奇次諧波 幅值組成列向量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在體溫度測(cè)量方法，其特征在于， 當(dāng)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)項(xiàng)數(shù)m等于諧波個(gè)數(shù)n，所述步驟(5)具體為:計(jì)算在體溫度相關(guān)列向量Y = A_%進(jìn)而計(jì)算在體溫度Γ= w ^YpZYq, l<p<q<2n^l,Yvm Yq分別為在體溫度相關(guān)列向量Y的第P個(gè)和q個(gè)元素； 當(dāng)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)項(xiàng)數(shù)m大于諧波個(gè)數(shù)n，所述步驟(5)具體為:以B = [Ν，Τ]τ為變量，以諧波和溫度的關(guān)系式X = AY為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最小二乘法擬合確定在體溫度Τ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在體溫度測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(4)采用數(shù)字相敏檢波方法檢測(cè)各奇次諧波幅值，其過(guò)程如下:(a)對(duì)磁納米交流磁化強(qiáng)度信號(hào)M采樣得到離散強(qiáng)度信號(hào)M(i)，采樣點(diǎn)i= 1,2...,I, L為采樣點(diǎn)總數(shù)；(b)令 j = 1 ; (c)更新f' = (2j-l)f, f為激勵(lì)磁場(chǎng)頻率； (d)產(chǎn)生頻率為f'的兩路正交參考信號(hào)，分別對(duì)該兩路正交參考信號(hào)采樣得到兩離散采樣信號(hào)R1⑴和R2⑴; (e)判斷j是否等于1，若是，則進(jìn)入步驟(g)，否則，進(jìn)入步驟(f)； (f)濾除離散強(qiáng)度信號(hào)M(i)中的第2j-3次奇次諧波信息；(g)將離散采樣信號(hào)R1Q)與離散強(qiáng)度信號(hào)M(i)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算經(jīng)均值濾波后得到第一分量S2H，將離散采樣信號(hào)R2(i)與離散強(qiáng)度信號(hào)M(i)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算經(jīng)均值濾波后得到第二分量O2H，計(jì)算第2 j-Ι奇次諧波幅值
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在體溫度測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(4)采用最小二乘系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法檢測(cè)各奇次諧波幅值，其過(guò)程如下: 對(duì)磁納米交流磁化強(qiáng)度信號(hào)M采樣得到離散強(qiáng)度信號(hào)M(i)，i = 1,2-, L，L為采樣點(diǎn)總數(shù)；
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的在體溫度測(cè)量方法，其特征在于，所述交流磁場(chǎng)的強(qiáng)度取值范圍為200e IOOOOe，所述交流激勵(lì)磁場(chǎng)的頻率取值范圍為20Hz 20kHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的在體溫度測(cè)量方法，其特征在于，所述諧波個(gè)數(shù)η的取值范圍為2 4,泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)項(xiàng)數(shù)m的取值范圍為2 6。
7.一種在體溫度測(cè)量系統(tǒng)，包括: 第一模塊，用于將磁納米試劑置放于待測(cè)對(duì)象處； 第二模塊，用于對(duì)磁納米試劑所在區(qū)域施加交流激勵(lì)磁場(chǎng)； 第三模塊，用于采集交流激勵(lì)磁場(chǎng)作用下磁納米試劑的交流磁化強(qiáng)度信號(hào)； 第四模塊，用于檢測(cè)交流磁化強(qiáng)度信號(hào)的各奇次諧波幅值C1, C3,…，C2lri，諧波個(gè)數(shù)n≥1 ； 第五模塊，用于根據(jù)各奇次諧波和在體溫度的關(guān)系式X = AY計(jì)算在體溫度Τ，其中，由各奇次諧波幅值組成列向量
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在體溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第五模塊包括: 第51子模塊，用于當(dāng)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)項(xiàng)數(shù)m等于諧波個(gè)數(shù)η時(shí)，計(jì)算在體溫度相關(guān)列向量Y = A-1I,進(jìn)而計(jì)算在體溫度, l<p<g<2n-l,Ypm \分別為在體溫度相關(guān)列向量Y的第P個(gè)和q個(gè)元素； 第52子模塊，用于當(dāng)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)項(xiàng)數(shù)m大于諧波個(gè)數(shù)η時(shí)，以B = [N，Τ]τ為變量，以諧波和溫度的關(guān)系式X = AY為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最小二乘法擬合確定在體溫度Τ。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的在體溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第四模塊采用數(shù)字相敏檢波方法檢測(cè)各奇次諧波幅值，包括: 第41子模塊，用于對(duì)磁納米交流磁化強(qiáng)度信號(hào)M采樣得到離散強(qiáng)度信號(hào)M(i)，采樣點(diǎn)i = 1,2..., L, L為采樣點(diǎn)總數(shù)； 第42子模塊，用于令j = I ； 第43子模塊，用于更新f' = (2j-l)f，f為激勵(lì)磁場(chǎng)頻率； 第44子模塊，用于產(chǎn)生頻率為f,的兩路正交參考信號(hào)，分別對(duì)該兩路正交參考信號(hào)采樣得到兩離散采樣信號(hào)R1Q)和民⑴；第45子模塊，用于判斷j是否等于1，若是，則進(jìn)入第47子模塊，否則，進(jìn)入第46子模塊； 第46子模塊，用于濾除離散強(qiáng)度信號(hào)M(i)中的第2j-3奇次諧波信息；第47子模塊，用于將離散采樣信號(hào)R1(i)與離散強(qiáng)度信號(hào)M(i)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算經(jīng)均值濾波后得到第一分量S2H，將離散采樣信號(hào)R2 (i)與離散強(qiáng)度信號(hào)M(i)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算經(jīng)均值濾波后得到第二分量O2j-1，計(jì)算第2j-l奇次諧波幅值
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的在體溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第四模塊采用最小二乘系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法檢測(cè)各奇次諧波幅值，具體為:第四模塊用于對(duì)磁納米交流磁化強(qiáng)度信號(hào)M采樣得到離散強(qiáng)度信號(hào)M(i)，i = 1,2-, L，L為采樣點(diǎn)總數(shù)；
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于磁納米粒子交流磁化強(qiáng)度的在體溫度測(cè)量方法，屬于納米測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將磁納米試劑置放于待測(cè)對(duì)象處，對(duì)磁納米試劑所在區(qū)域施加交流激勵(lì)磁場(chǎng)，采集交流激勵(lì)磁場(chǎng)作用下磁納米試劑的交流磁化強(qiáng)度，檢測(cè)出交流磁化強(qiáng)度信號(hào)中各奇次諧波幅值，最后根據(jù)諧波和溫度的關(guān)系式計(jì)算在體溫度。本發(fā)明通過(guò)離散化朗之萬(wàn)函數(shù)和傅里葉變換預(yù)先建立各奇次諧波分量與在體溫度關(guān)系式，通過(guò)該關(guān)系式求解在體溫度，求解過(guò)程中無(wú)需考慮磁納米粒子濃度信息及其有效磁矩隨溫度變化情況，便可實(shí)現(xiàn)在體溫度的準(zhǔn)確檢測(cè)。
文檔編號(hào)A61B5/01GK103156581SQ20131006589
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者張樸, 鐘景, 劉文中, 李寅, 何樂(lè), 杜中州, 洪俊 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)