阅读说明：本技术 基于粒子加速器的核磁共振磁场测量方法及系统 (Nuclear magnetic resonance magnetic field measurement method and system based on particle accelerator ) 是由 袁双虎 李玮 方永祥 李莉 刘宁 吕慧颖 于金明 于 2020-05-12 设计创作，主要内容包括：本公开公开了基于粒子加速器的核磁共振磁场测量方法及系统,包括：利用粒子加速器,向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录所述加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点；改变粒子加速器的发射角度,再次向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录改变发射角度后,加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点；重复上一步设定次数；然后,对每个的运动轨迹,利用磁偏转法计算当前运动轨迹的磁场强度；对每个轨迹改变点,利用氢原子核自旋法计算当前轨迹改变点的磁场强度；基于所有运动轨迹的磁场强度和所有轨迹点的磁场强度,绘出磁场强度边界线,得到核磁共振仪的待测量区域的磁场强度。(The utility model discloses a nuclear magnetic resonance magnetic field measurement method and system based on a particle accelerator, which comprises the following steps: emitting accelerated particles to a region to be measured of a nuclear magnetic resonance instrument by using a particle accelerator; recording the motion track and the track change point of the accelerated particles in the area to be measured; changing the emission angle of the particle accelerator, and emitting accelerated particles to the region to be measured of the nuclear magnetic resonance instrument again; recording the motion track and the track change point of the accelerated particles in the area to be measured after the emission angle is changed; repeating the previous step for a set number of times; then, for each motion track, calculating the magnetic field intensity of the current motion track by using a magnetic deflection method; for each track change point, calculating the magnetic field intensity of the current track change point by using a hydrogen atomic nuclear spin method; and drawing a magnetic field intensity boundary line based on the magnetic field intensity of all the motion tracks and the magnetic field intensity of all the track points to obtain the magnetic field intensity of the region to be measured of the nuclear magnetic resonance instrument.)

基于粒子加速器的核磁共振磁场测量方法及系统

技术领域

本公开涉及医疗设备技术领域，特别是涉及基于粒子加速器的核磁共振磁场测量方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着时代的不断发展，面对肿瘤疾病的日益增多，医学技术也在不断进步。通过一种电子滑环，将放疗仪器与核磁共振仪器结合起来，所得磁共振加速器可以实现边定位边放疗的效果。但因为核磁共振仪在电子滑环的内部，并且工作时会通过产生磁场，使处于磁场中的人体内的氢原子核被激发，引起氢原子核共振，并吸收能量，而外部粒子加速器产生的加速粒子需射入人体。为了避免粒子在射入人体的过程中经过磁场，因产生的洛伦兹力而发生偏转——需要一种磁场检测方法，对核磁共振仪中的磁场进行精确标定和检测。

发明人发现，传统的检测方法往往比较复杂，且需要其他道具的辅助才能完成，在粒子加速器与核磁共振仪已经组合好的系统中明显不适用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于粒子加速器的核磁共振磁场测量方法及系统；可以有效地利用组合结构中的粒子加速器，就地取材；并且对边界点进行了另外一种方法的计算，使得对所测磁场的测量更加精确却简易。

第一方面，本公开提供了基于粒子加速器的核磁共振磁场测量方法；

基于粒子加速器的核磁共振磁场测量方法，包括：

利用粒子加速器，向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录所述加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点；

角度改变步骤：改变粒子加速器的发射角度，再次向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录改变发射角度后，加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点；

重复角度改变步骤设定次数；然后，对每个的运动轨迹，利用磁偏转法计算当前运动轨迹的磁场强度；对每个轨迹改变点，利用氢原子核自旋法计算当前轨迹改变点的磁场强度；

基于所有运动轨迹的磁场强度和所有轨迹点的磁场强度，绘出磁场强度边界线，得到核磁共振仪的待测量区域的磁场强度。

第二方面，本公开提供了基于粒子加速器的核磁共振磁场测量系统；

基于粒子加速器的核磁共振磁场测量系统，包括：

发射模块，其被配置为：利用粒子加速器，向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录所述加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点；

角度改变模块，其被配置为：改变粒子加速器的发射角度，再次向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录改变发射角度后，加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点；

磁场强度计算模块，其被配置为：重复角度改变步骤设定次数；然后，对每个的运动轨迹，利用磁偏转法计算当前运动轨迹的磁场强度；对每个轨迹改变点，利用氢原子核自旋法计算当前轨迹改变点的磁场强度；

输出模块，其被配置为：基于所有运动轨迹的磁场强度和所有轨迹点的磁场强度，绘出磁场强度边界线，得到核磁共振仪的待测量区域的磁场强度。

第三方面，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。

第四方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开通过在已经组合好的粒子加速器与核磁共振仪的粒子加速器中对磁场进行测量，并且合理有效地利用粒子加速器，使得对磁场的测量更加精准。

2.本公开通过记录所述加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点，使得对粒子运动轨迹的记录和测量更加精准，提高了磁场测量的准确率，并结合了合理的坐标系，使之可以实现磁场的精确定标。

3.本公开通过结合磁偏转法和氢原子核自旋法，对不同的区域采用不同的方法，并对磁场发生改变的边界区重复测量，使得磁场改变的边界轨迹更清晰。

4.本公开采用的氢原子核自旋法，符合核磁共振用于医疗肿瘤图像的定位原理，对使用者而言，可以更快得掌握并更熟悉地进行操作计算。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例一的磁偏转法测磁场的流程图；

图2为本公开实施例一的氢原子核自旋法测磁场的流程图；

图3为本公开实施例一的对所得数据的处理流程图；

图4为本公开实施例一的该方法的整体流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有的磁场检测技术较为繁杂，并且需要连接其他仪器，对于已经组合好的装置而言，可能拆分之后再进行测量，明显不合适。针对上述问题，本公开提出了基于粒子加速器的核磁共振磁场测量、修正方法及系统。

实施例一，本实施例提供了基于粒子加速器的核磁共振磁场测量方法；

如图4所示，基于粒子加速器的核磁共振磁场测量方法，包括：

S1：利用粒子加速器，向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录所述加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点；

S2：改变粒子加速器的发射角度，再次向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录改变发射角度后，加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点；

S3：重复S2设定次数；然后，对每个的运动轨迹，利用磁偏转法计算当前运动轨迹的磁场强度；对每个轨迹改变点，利用氢原子核自旋法计算当前轨迹改变点的磁场强度；

S4：基于所有运动轨迹的磁场强度和所有轨迹点的磁场强度，绘出磁场强度边界线，得到核磁共振仪的待测量区域的磁场强度。

作为一个或多个实施例，所述方法还包括：

S5：核磁共振仪的待测量区域施加反向磁场强度；

利用粒子加速器，向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录所述加速粒子在待测量区域内的运动轨迹；

S6：判断轨迹偏转角度与设定阈值的大小，如果轨迹偏转角度大于设定阈值，则返回S1；如果轨迹偏转角度小于设定阈值，则修正反向磁场强度的大小，返回S5；如果轨迹偏转角度为零，则结束，输出施加的反向磁场强度。

作为一个或多个实施例，所述待测量区域为核磁共振仪器(MRI)工作产生的磁场区域，磁场强度大小约为1.5特斯拉。

作为一个或多个实施例，所述记录所述加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点，是利用高能粒子探测仪进行记录。

应理解的，高能粒子探测仪可以用于显示观察粒子的分布和运动轨迹。

作为一个或多个实施例，如图1所示，S3中，所述对每个的运动轨迹，利用磁偏转法计算当前运动轨迹的磁场强度；具体是指：

带电粒子垂直射入磁场，因为受到洛伦兹力而发生偏转，并且做匀速圆周运动；

根据轨迹，测量出匀速圆周运动的时间t，路程s，圆周半径r，结合已知核质比q/m，计算出对应磁场：

B＝ms/qrt。

应理解的，所述磁偏转法可以通过加速粒子运动轨迹进而测量出某一片区域的磁场大小，若粒子运动轨迹为一正圆形，则这一片区域为匀强磁场。

优选地，S3中，所述对每个的运动轨迹，利用磁偏转法计算当前运动轨迹的磁场强度；具体是指：

以边界点为界，粒子运动轨迹被分为两段圆弧，对两段圆弧分别进行运动时间、对应圆心角、半径进行多次测量，根据两段圆弧的多组数据得出两段圆弧对应的多组磁场强度：

对多组磁场强度求其均值：

为去除明显误差，若|B_i-B*|>λ，则说明所测B_i误差过大，则将其舍弃，其中λ为一常数；

然后，将剩下的数据进行取均值处理，得到两段圆弧对应的磁场强度，所得两磁场强度即可组成一个范围，实际磁场强度处于该范围之内。

作为一个或多个实施例，S3中，如图2所示，所述对每个轨迹改变点，利用氢原子核自旋法计算当前轨迹改变点的磁场强度，具体是指：

在当前轨迹改变点处放置氢原子核，通过计算氢原子核的自旋磁矩：

μ＝epg/2M，

其中，e为氢原子核的电荷量，M为氢原子核的质量，g是一个由原子核结构所决定的常量；

p为原子核角动量的分立值；

其中，I为自旋量子数，I＝0，1/2，1，3/2，2，5/2……)再根据磁矩与外加磁场的相互作用能得出共振条件，即可计算出对应点的磁场大小。

在轨迹改变点处，放置氢原子核，通过氢原子核的自旋情况，计算该点处磁场的有无或者大小。

采用氢原子核自旋法，在分界点放置外加氢原子核，测量计算轻原子核自旋磁矩数值，多次测量得到多组数据，计算得多个磁场强度值，去除明显误差量，以及大小处于范围之外的磁场强度值，再取均值处理，所得均值即可作为该点磁场强度值。

应理解的，氢原子核自旋法，一般用于针对一个点进行测量。

应理解的，若只采用磁偏转法测量，对于粒子运动轨迹改变处和轨迹圆弧较小处的测量误差较大；若只采用氢原子核自旋法测量，则需对测量空间中每一个点都去进行测量，需要花费大量的时间与精力。两种方法相结合，相互补充，即可增加测量精度，也可减少测量时间。

应理解的，轨迹改变点为磁场变化的边界点，粒子的轨迹会发生变化，仅仅采用磁偏转法，不能精确测量。对这些点采用氢原子核自旋法进行定点测量，确定磁场的变化情况。

本公开结合了两种磁场测量方法：磁偏转法和氢原子核自旋法。两种算法，结合合理的坐标系，并构建模拟模型对所得数据进行检测，即可完成磁场的精确定标。在已经组合好的仪器中，充分利用与核磁共振仪器连接的粒子加速器。

作为一个或多个实施例，如图3所示，所述S3的具体步骤包括：

磁场B与磁矩的相互作用能为：

E＝-μ×B＝-μ_ZB＝-γP_ZB＝-γmhB

其中，m为量子数；

ΔE＝γhB

相邻能级之间的能量间隔。

核磁共振仪工作产生射频场，射频场满足共振条件：

v＝γB/2π，

通过测量粒子在对应磁场中的共振频率v_H求出对应磁场：

B＝v_H2π/γ。

磁偏转法和氢原子核自旋法测出的磁场强度，进行多次测量处理，结合平面直角坐标系，得到任意点处的磁场强度。

本公开的磁场精确定标和检测方法可以用于核磁共振与放疗相结合的加速器设备中磁场的检测，合理利用粒子加速器，结合两种磁场测量方法以及坐标系定标，能够简易且准确地在核磁共振与放疗相结合的加速器设备进行磁场定标和测量。

通过采用与核磁共振仪组合好的粒子加速器来测量核磁共振中磁场的大小及分布，即通过粒子加速器发射加速粒子，通过需要检测磁场的地方，根据所得的粒子运动轨迹和外加氢原子的自旋情况，来判断、计算对应位置磁场的大小、方向和变化情况。

建立空间直角坐标系之后，先是利用组合好的粒子加速器发射加速粒子，以磁偏转法计算出个点磁场强度，其次针对磁场发生变换的边界，放置氢原子核，以氢原子核自旋法再次计算。两种方法的计算皆会多次取值，得到最终结果。对磁场变化的边界再次处理，经计算机计算其曲线方程，并构建整个磁场的虚拟模型，通过外加等强度反向磁场，发射加速粒子并观察其轨迹是否发生偏转来对所测数据进行检测，以确保所测数据的准确性。

采用建立数字磁场模型，外加反向磁场进行检测，避免因为与加速器结合而造成的检测不便的情况。

本公开利用磁偏转法和氢原子核自旋法测算磁场强度，针对磁场变化点位进行了两种方法的合并处理，并且结合空间直角坐标系，绘出磁场变化的边界线，计算出边界线对应的方程，制作对应的磁场强度模型，外加等强度反向外加磁场，通过此时粒子运动轨迹，判断标定与检测结果的精确性。

若数据无误，便可得出整个磁场的每一点的场强；

若某一部分检测结果存在偏差，若偏差较大则可对这一部分进行重新测量，并重新检测；

若偏差较小，则可直接以最终计算的数值为基准，上调或下调反向磁场值，使粒子轨迹无偏转，调节后的反向磁场强度值即为最终测量值。

实施例二，本实施例提供了基于粒子加速器的核磁共振磁场测量系统；

基于粒子加速器的核磁共振磁场测量系统，包括：

发射模块，其被配置为：利用粒子加速器，向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录所述加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点；

角度改变模块，其被配置为：改变粒子加速器的发射角度，再次向核磁共振仪的待测量区域发射加速粒子；记录改变发射角度后，加速粒子在待测量区域内的运动轨迹及轨迹改变点；

磁场强度计算模块，其被配置为：重复角度改变步骤设定次数；然后，对每个的运动轨迹，利用磁偏转法计算当前运动轨迹的磁场强度；对每个轨迹改变点，利用氢原子核自旋法计算当前轨迹改变点的磁场强度；

输出模块，其被配置为：基于所有运动轨迹的磁场强度和所有轨迹点的磁场强度，绘出磁场强度边界线，得到核磁共振仪的待测量区域的磁场强度。

实施例三，本实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例一所述的方法。

实施例四，本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一所述的方法。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。