CN114601442A - 一种二维磁粒子成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二维磁粒子成像方法，包括：利用内置有激励线圈和接收线圈的平板结构根据预设的激励磁场调整策略产生非线性、非均匀的激励磁场；激励磁场调整策略包括对平板结构内激励线圈和接收线圈的位置调整，以及对平板结构内激励线圈施加电流的调整；获取成像目标在非线性、非均匀的激励磁场作用下，接收线圈产生的感应电压信号；成像目标携带有磁粒子；根据感应电压信号，以及***矩阵，对成像目标中磁粒子的浓度分布进行图像重建；其中，***矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在激励磁场作用下所产生的目标采集数据对应的空间分布；目标采集数据包括信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量。本发明粒子成像方法可以扩展到临床人体扫描成像。
Description
技术领域
本发明属于医学成像技术领域，具体涉及一种二维磁粒子成像方法。
背景技术
医学成像和图像处理在医学诊断、生命科学研究、临床治疗等应用领域具有极为重要的作用。磁性纳米粒子成像(Magnetic Particle Imaging，简称MPI)是一种全新的医学成像技术，该技术通过检测超顺磁氧化铁纳米颗粒(Super Paramagnetic Iron Oxide，简称SPIO)对外加磁场的响应，完成粒子浓度的空间分布成像，具有安全无辐射、高对比度、高分辨率、高灵敏度、可以定量检测等优点，在血管造影、细胞追踪等诸多医学领域有广泛的应用前景。
现有二维磁粒子成像方法，通过选择场产生磁场自由区，通过聚焦场移动自由区，激励场激发自由区的磁粒子，通过接收线圈采集磁粒子发出的高频谐波信号，通过图像重建算法得到磁粒子的浓度在人体内的空间分布图像。现有的磁粒子成像技术需要每次检测人体内部特定点或线的磁粒子浓度信息。为了得到特定点或线的信号，需要采用梯度线圈产生一个小的磁场自由区，磁场自由区可以是一个点区域(磁场自由点)，也可以是一根线(磁场自由线)。磁场自由区内的磁粒子可以被激励磁场激发，对信号有贡献，而磁场自由区外的磁粒子被强磁场束缚住，不能被激励磁场激发，对信号没有贡献。这样每次采集的信号只来源于特定位置的磁场自由区，信号强度取决于磁场自由区内的磁粒子浓度。磁粒子成像采用逐点扫描或逐行扫描的方式进行成像。磁场自由区的位置改变需要借助聚焦场或激励场，或机械移动的方式。磁场自由区的位置变化轨迹通常是李萨如曲线，由正交方向的交变磁场共同产生。李萨如曲线覆盖整个成像视野，经过插值，得到整个视野的图像。
但是，现有的二维磁粒子成像方法，通过构建选择场和聚焦场，在选择场的中间形成一个磁场自由区(点或线)，在聚焦场移动磁场自由区，为了提高图像分辨率，需要磁场自由点足够小，磁场自由线足够细，就需要大功耗器件，才能产生足够大的电流。为了满足人体尺寸的磁粒子成像，需要很强的选择场和激励场，导致很大的功耗，实现起来非常困难，很难扩展到临床人体扫描。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种二维磁粒子成像方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种二维磁粒子成像方法，包括：
利用内置有激励线圈和接收线圈的平板结构根据预设的激励磁场调整策略产生非线性、非均匀的激励磁场；所述激励磁场调整策略包括对所述平板结构内激励线圈和接收线圈的位置调整，以及对所述平板结构内激励线圈施加电流的调整；
获取成像目标在非线性、非均匀的激励磁场作用下，所述接收线圈产生的感应电压信号；所述成像目标携带有磁粒子；
根据所述感应电压信号，以及***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行图像重建；其中，所述***矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在所述非线性、非均匀的激励磁场作用下所产生的感应电压信号对应的空间分布；所述目标采集数据包括从所述感应电压信号中提取的信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量。
本发明的有益效果：
本发明提出的二维磁粒子成像方法中，对成像目标所在的全空间中的磁粒子进行非线性、非均匀的磁场激励，全空间中的所有磁粒子都会对接收线圈上的感应电压有贡献，无需设置磁场自由区，也无需对磁场自由区进行位置变更；其中，通过对平板结构内激励线圈和接收线圈的位置调整，以及对平板结构内激励线圈施加电流的调整，相当于平板结构中的激励线圈和接收线圈以多种不同的空间姿态，以及多种不同的磁场分布状态进行非线性、非均匀激励；当平板结构中的激励线圈和接收线圈处于某个空间姿态下时，改变平板结构内激励线圈施加的电流，可以使磁场分布将沿着激励线圈的轴向方向发生位置的偏移，实现了一维空间编码；而当平板结构中的激励线圈和接收线圈处于不同空间姿态下时，同一位置处的磁粒子感受到的磁场强度也是不同的，由此便实现了二维全空间编码。
基于以上磁场激励方式，本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法进行磁粒子成像时，无需设置磁场自由区；无需对磁场自由区进行位置变更；每次获取的感应电压信号是全空间中的所有磁粒子被激励后所产生的信号叠加而成，成像视野无需如现有技术那样受磁场自由区大小和活动范围的限制，从而可以使成像视野不再局限于小动物，例如老鼠成像，其能够匹配人体尺寸大小，比如人体扫描通常需要的20cm～50cm的扫描视野。并且，不设置磁场自由区便可以省略掉构建梯度场所需的线圈以及所相应耗费的功耗，设备规模和功耗都会有所降低，使得采用的激励磁场的磁场强度为15mT～30mT时，就可以实现人体至少50cm的扫描视野。
综上所述，本发明无需使用现有磁粒子成像技术中的选择场和聚焦场，整个成像空间的每个点都是磁场自由区，能够被磁场激励，即每次采集的信号是由整个空间的所有点的磁纳米粒子的信号叠加而成。通过对全空间进行空间编码重建出成像目标的磁粒子浓度分布图像，实现了低功耗、大视野、高分辨率的磁粒子成像。这样的低功耗、大视野、高分辨率的二维磁粒子成像方法，可以扩展到临床人体扫描。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种二维磁粒子成像方法的流程示意图；
图2是传统磁粒子成像对应的磁场分布情况示意图；
图3(a)～图3(c)是本发明实施例提供的平板结构的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法中图像重建过程的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法中另一图像重建过程的流程示意图；
图6是本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法中又一图像重建过程的流程示意图；
图7是本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法中再一图像重建过程的流程示意图；
图8是本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法中成像目标承载装置的结构示意图；
图9(a)～图9(b)是利用本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法对两种原始图像进行图像重建得到对应的二维磁粒子浓度空间重建效果示意图。
附图标记说明：
10-平板；20-激励线圈；30-接收线圈；40-固定支撑件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
为了解决上述现有二维磁粒子成像方法存在的功耗大导致难以扩展到临床人体扫描问题，请参见图1，本发明实施例提出了一种二维磁粒子成像方法，该二维磁粒子成像方法包括以下步骤：
S10、利用内置有激励线圈20和接收线圈30的平板结构根据预设的激励磁场调整策略产生非线性、非均匀的激励磁场；激励磁场调整策略包括对平板结构内激励线圈20和接收线圈30的位置调整，以及对平板结构内激励线圈20施加电流的调整。
具体而言，请参见图2，现有的二维磁粒子成像方法通过构建选择场和聚焦场，在选择场的中间形成一个磁场自由区(点或线)，通过改变聚焦场的大小移动磁场自由区，以实现例如逐点扫描。但这种通过选择场和聚焦场的磁粒子成像方式，为了提高图像分辨率，需要磁场自由点足够小，磁场自由线足够细，这就需要大功耗器件，才能产生足够大的电流，产生很大的梯度磁场，这样又带来功耗问题，使得磁粒子成像更难扩展到临床人体扫描。基于该问题，本发明实施例提出了以下几种平板结构产生非线性、非均匀的激励磁场的可选方案，无需构建选择场和聚焦场，将空间中的任一点均作为磁场自由区，在产生的非线性、非均匀的激励磁场的激励下就可以产生感应电压信号。
接下来，对提出的几种平板结构产生非线性、非均匀的激励磁场的可选方案进行详细的介绍。
本发明实施例提供了一种可选方案，请参见图3(a)，平板结构包括一个平板10，该平板10与成像目标位置相对，具体如图3(a)所示平板10位于成像目标的正上方；平板10内置有激励线圈20和接收线圈30，接收线圈30和成像目标位置相对，激励线圈20和接收线圈30位置相对。激励线圈20用于产生多种非线性、非均匀的激励磁场，接收线圈30用于在非线性、非均匀的激励磁场的作用下，接收磁纳米粒子的磁化响应引起的磁通量的变化，产生相应的感应电压信号，以供磁粒子成像。如图3(a)所示平板10可以为圆柱形平板，对应平板10内的激励线圈20包括一圆形霍姆霍兹线圈、接收线圈30包括一圆形霍姆霍兹线圈。
对应图3(a)所示平板结构，本发明实施例根据预设的激励磁场调整策略产生非线性、非均匀的激励磁场，包括：
对平板结构内激励线圈20和接收线圈30的位置调整，包括：
调整平板10内激励线圈20和接收线圈30，以成像目标在激励线圈20和接收线圈30所在平面的对应投影位置为中心做由内到外的螺旋形移动；
对平板结构内激励线圈20施加电流的调整，包括：
调整对平板10内激励线圈20施加的同向交变电流的幅度。优选地，调整平板10内激励线圈20施加的同向交变电流的幅度的方式，包括：对平板10内激励线圈20施加的同向交变电流的幅度逐步增加或减小。
本发明实施例提供了另一种可选方案，请参见图3(b)，平板结构包括一个平板10，该平板10与成像目标位置相对，具体如图3(b)所示平板10位于成像目标的正下方；该平板10内置有激励线圈20和接收线圈30，接收线圈30和成像目标位置相对，激励线圈20和接收线圈30位置相对。激励线圈20用于产生多种非线性、非均匀的激励磁场，接收线圈30用于在非线性、非均匀的激励磁场的作用下，接收磁纳米粒子的磁化响应引起的磁通量的变化，产生相应的感应电压信号，以供磁粒子成像。如图3(b)所示平板10可以为圆柱形平板，对应平板10内的激励线圈20包括一圆形霍姆霍兹线圈、接收线圈30包括一圆形霍姆霍兹线圈。
对应图3(b)所示平板结构，本发明实施例根据预设的激励磁场调整策略产生非线性、非均匀的激励磁场，包括：
对平板结构内激励线圈20和接收线圈30的位置调整，包括：
调整平板10内激励线圈20和接收线圈30，以成像目标在激励线圈20和接收线圈30所在平面的对应投影位置为中心做由内到外的螺旋形移动；
对平板结构内激励线圈20施加电流的调整，包括：
调整对平板10内激励线圈20施加的同向交变电流的幅度。优选地，调整平板10内激励线圈20施加的同向交变电流的幅度的方式，包括：对平板10内激励线圈20施加的同向交变电流的幅度逐步增加或减小。
对于图3(a)和3(b)所示平板结构，可以产生多种非线性、非均匀的激励磁场，在不同非线性、非均匀的激励磁场的作用下，产生多个感应电压信号。产生信号过程中，由于平板10内的激励线圈20和接收线圈30，以成像目标在激励线圈20和接收线圈30对应所在平面的投影位置为中心做由内到外的螺旋形移动，每次移动相当于调整了激励线圈20和接收线圈30的空间姿态。螺旋形移动可以为顺时针的由内到外的螺旋形移动，也可以为逆时针的由内到外的螺旋形移动。在螺旋形移动过程中包括多个数据采集点，比如在以某一点为起点，顺时针螺旋转一圈，即终点与起点位置相对时完成一次圆周运动，这样螺旋移动做圆周运动256次，每次圆周运动中数据采集点256个，这样平板10可以形成256*256个数据采集点，在每个数据采集点作用不同的非线性、非均匀的激励磁场。
在每次圆周运动中的每个数据采集点，一次或多次向平板10内的激励线圈20施加同向的交变电流产生非线性、非均匀的激励磁场；优选每次对平板10内的激励线圈20施加的电流幅度逐步增加或减小。当平板10中的激励线圈20和接收线圈30处于某个空间姿态，对于每个数据采集点，给激励线圈20施加同向电流幅度逐步增加或减小的交变电流时，在平板10内的激励线圈20产生的激励磁场呈线性降低分布状态，使磁场分布沿着激励线圈20的轴向方向发生位置的偏移，由此可实现一维空间编码；而当平板10中的激励线圈20和接收线圈30处于不同空间姿态下时，同一位置处的磁粒子感受到的磁场强度也是不同的，由此便实现了二维全空间编码。比如平板10中的激励线圈20和接收线圈30做256次圆周运动，每次圆周运动包括256个数据采集点，对每个数据采集点施加256次不同的同向交变电流，则平板10内的激励线圈20将会产生256*256*256次的非线性、非均匀的激励磁场，在每一激励磁场的作用下，产生256*256*256个感应电压信号。将平板10内接收线圈30产生的256*256*256个感应电压信号用于做图像重建。优选，对平板10内激励线圈20施加的电流为余弦振荡的交变电流，但不局限于余弦振荡的交变电流。
本发明实施例提供了再一种可选方案，请参见图3(c)，平板结构包括两个平板10，成像目标位于两个平板10之间；两个平板10分别内置有激励线圈20和接收线圈30；两个平板10内的激励线圈20和接收线圈30位置相对，两接收线圈30位置相对。本发明实施例两个平板10之间可以通过一固定支撑件40来固定其位置，如图3(c)所示，但不局限于通过固定支撑件40来固定，且也不局限于固定设置，也可以通过机械控制方式，调节两个平板10水平或垂直方向的位置。
对应图3(c)所示平板结构，本发明实施例根据预设的激励磁场调整策略产生非线性、非均匀的激励磁场，包括：
对平板结构内激励线圈20和接收线圈30的位置调整，包括：
分别调整两个平板10内激励线圈20和接收线圈30，以成像目标在激励线圈20和接收线圈30所在平面的对应投影位置为中心做由内到外的螺旋形移动；两个平板10内激励线圈20和接收线圈30的螺旋形移动方向相反。
对平板结构内激励线圈20施加电流的调整，包括：
分别调整两个平板10内激励线圈20施加的同向交变电流的幅度；两个平板10内激励线圈20施加的同向交变电流的幅度调整方向相反。优选地，分别调整两个平板10内激励线圈20施加的同向交变电流的幅度的方式，包括：对一个平板10内的激励线圈20施加的电流幅度逐步增加或减小，对另一个平板10内的激励线圈20施加的电流幅度对应逐步减小或增加。
对于图3(c)所示平板结构，也可以产生多种非线性、非均匀的激励磁场，在不同激励磁场的作用下，产生多个感应电压信号。产生信号过程中，同样由于两个平板10内的激励线圈20和接收线圈30，以成像目标在激励线圈20和接收线圈30对应所在平面的投影位置为中心做由内到外的螺旋形移动，每次移动相当于调整了激励线圈20和接收线圈30的空间姿态。每次移动对应两个平板10的螺旋形移动方向相反，比如一个平板10内激励线圈20和接收线圈30做由内向外逆时针的螺旋移动，另一个平板10内激励线圈20和接收线圈30做内向外顺时针的螺旋移动。在螺旋形移动过程中包括多个数据采集点，比如在以某一点为起点，顺时针螺旋转一圈，即终点与起点位置相对时完成一次圆周运动，在每次圆周运动过程中均包括多个数据采集点，每一平板10做圆周运动256次，每次圆周运动中数据采集点256个，这样每个平板10可以形成256*256个数据采集点，在每个数据采集点作用不同的非线性、非均匀的激励磁场。
在每次圆周运动中的每个数据采集点，一次或多次分别向两个平板10内的激励线圈20施加同向的交变电流产生非线性、非均匀的激励磁场，两个平板10内激励线圈20施加的同向交变电流的幅度调整方向相反，比如每次一个平板10内的激励线圈20施加的电流幅度逐步增加或减小，另一平板10内的激励线圈20施加的电流幅度对应逐步减小或增加。当两个平板10中的激励线圈20和接收线圈30处于某个空间姿态，对于每个数据采集点，给一个平板10内激励线圈20施加同向电流幅度逐步增加或减小的交变电流，且给另一个平板10内激励线圈20施加同向电流幅度逐步减小或增加的交变电流时，在两个平板10内激励线圈20之间产生的激励磁场在激励线圈20的轴向分量将会呈现先线性降低后线性增加的“∨”形分布状态，或将会呈现先线性增加后线性降低的“∧”形分布状态，后续将“∨”形分布和“∧”形分布统称为“V”形分布，使该磁场分布沿着激励线圈20的轴向方向发生位置的偏移，由此可实现一维空间编码；而当平板10中的激励线圈20和接收线圈30处于不同空间姿态下时，同一位置处的磁粒子感受到的磁场强度也是不同的，由此便实现了二维全空间编码。优选，对平板10内激励线圈20施加的电流为余弦振荡的交变电流，但不局限于余弦振荡的交变电流。
此时，由于磁场强度随外加磁场的曲线为对称曲线，所以只需要扫描半个周期。比如，本发明实施例施加的交变电流为余弦振荡的交流电流，电流幅度每调整一次经历半个余弦振荡周期。可以理解的是，这里说的余弦振荡周期指的是余弦交流电流的振荡周期，相应的，电流幅度指的是交流电流在振荡周期内的最大值。
并且，垂直于激励线圈20轴向方向的每个平面均是一个等磁场面。此外，通过增加或减小一个平板10内激励线圈20的电流，同时减小或增加另一平板10内激励线圈20的电流，该“V”形磁场分布使得激励线圈20的轴向方向发生位置的偏移，由此可实现一维至二维空间编码。
同时，对于每个数据采集点，本发明实施例一次或多次分别向两个平板10内的激励线圈20施加同向的交变电流产生非线性、非均匀的激励磁场，比如平板10中的激励线圈20和接收线圈30做256次圆周运动，每次圆周运动包括256个数据采集点，对每个数据采集点施加256次不同的同向交变电流，则两个平板10内的激励线圈20将分别会产生256*256*256次的非线性、非均匀的激励磁场，在每一激励磁场的作用下，产生256*256*256个感应电压信号。将两个平板10分别产生的256*256*256个感应电压信号用于做图像重建。
相较于现有磁粒子成像技术，本发明实施例只需要在成像目标相对的某一或某些位置，采用本发明实施例提出的平板结构形成的磁场激励方式，就可以实现对成像目标所在的全空间中的磁粒子进行非线性、非均匀的磁场激励，无需设置磁场自由区。
S20、获取成像目标在非线性、非均匀的激励磁场作用下，接收线圈30产生的感应电压信号；成像目标携带有磁粒子。
具体而言，携带有磁粒子的成像目标在S10任一方案产生的非线性、非均匀的激励磁场作用下，全空间中的所有磁粒子被激励，激励后所产生的信号叠加形成接收线圈30所产生的感应电压信号。其中，感应电压信号是经过模数转化处理后的信号，该模数转化处理包括模拟信号处理部分和数字信号处理部分：模拟信号处理部分包括依次对接收线圈30上产生的感应电压信号进行低噪音放大处理、接收混频处理、高频滤波处理、低频滤波处理和ADC转化处理；数字信号处理部分包括依次对模拟信号处理部分输出的信号进行傅里叶变换处理、频谱分析处理、基频消减处理完成最终信号处理子单元的模数转化处理。其中，模拟信号处理部分和数字信号处理部分中各处理均为比较常规的信号处理方式，在此不再进行详细的说明。
S30、根据感应电压信号，以及***矩阵，对成像目标中磁粒子的浓度分布进行图像重建；其中，***矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在非线性、非均匀的激励磁场作用下所产生的感应电压信号对应的空间分布；目标采集数据从感应电压信号中提取的信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量。
具体而言，在平板结构内激励线圈20和接收线圈30的调整过程中包括多个数据采集点；对应根据感应电压信号，以及***矩阵，对成像目标中磁粒子的浓度分布进行图像重建，请参见图4，包括以下步骤：
S301、针对每个数据采集点，从感应电压信号中提取对应的目标采集数据。
具体而言，本发明实施在图像重建前，针对每个数据采集点，首先从感应电压信号中提取对应的目标采集数据，用于图像重建。优选目标采集数据包括信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量。
本发明实施例优选信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量用于图像的重建，基于信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量实现磁粒子成像所基于的理论基础是：根据激励磁场强度的大小，磁化曲线的形状和大小也有差别，信号尖峰的形状和大小也不一样。以给平板10内激励线圈20施加电流为余弦振荡的交变电流为例，发明人发现，采用余弦振荡的交变电流对应的激励磁场H(t)＝-Acos(2πft)，磁粒子在其激励下产生的信号尖峰upeak与激励磁场的强度A成正比、与磁粒子浓度c成正比，3倍基频谐波分量u3与激励磁场强度A成非线性关系、与磁粒子浓度c成正比。公式(1)和公式(2)展示出了该理论基础的简单证明：
其中，upeak(in)表示在施加电流in时对应信号的尖峰幅值，N表示成像区域中数据采集点数目，f表示频率，m表示单个磁粒子的磁矩，μ0表示真空磁导率，
kB表示玻尔兹曼常数，TP表示成像目标的绝对温度，ΔV表示数据采集点的体素的体积大小，A(in,rn)表示在施加电流in时对应非线性、非均匀的激励磁场作用下在成像区域第rn个数据采集点的激励磁场强度，s(rn)表示成像区域中第rn个数据采集点接收线圈30对应的空间灵敏度，c(rn)表示成像区域中第rn个数据采集点的磁粒子浓度，g(in,rn)表示单位浓度的磁粒子在施加电流in时对应非线性、非均匀的激励磁场作用下，所产生信号的目标采集数据分布在成像区域的第rn个数据采集点的分量。
其中，u3(in)表示在施加电流in时对应信号的3倍基频谐波分量，ΔV表示数据采集点的体素的体积大小，f(A(in,rn))表示在施加电流in时对应非线性、非均匀的激励磁场作用下，在成像区域第rn个数据采集点的激励磁场对应的频率，s(rn)表示成像区域中第rn个数据采集点接收线圈30对应的空间灵敏度，c(rn)表示成像区域中第rn个数据采集点的磁粒子浓度，g(in,rn)表示单位浓度的磁粒子在施加电流in时对应非线性、非均匀的激励磁场作用下，所产生信号的目标采集数据分布在成像区域的第rn个数据采集点的分量。
可见，信号的尖峰幅值和3倍基频谐波分量都是由磁场强度A和磁粒子浓度c共同决定，所以本发明实施例可以选择信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量用来做一维图像重建，也可以选择信号的尖峰幅值和3倍基频谐波分量共同用来做一维图像重建。
S302、根据目标采集数据，以及***矩阵，对成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建。
具体而言，本发明实施例根据目标采集数据，以及***矩阵，重建每个数据采集点的一维磁粒子浓度空间分布。其中，***矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在非线性、非均匀的激励磁场作用下所产生信号的目标采集数据对应的空间分布。本发明实施例优选利用与磁粒子浓度c相关的信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量进行图像重建，图像重建过程可用下式进行表示：
c＝g-1u (3)
公式(3)中，
i0,i1,…,iN+1表示在两个平板10内的激励线圈20上施加的N次不同幅度的电流，r0,r1,…,rN+1表示将成像目标所在的成像区域划分的N个数据采集点。其中，u表示每次圆周运动中每个数据采集点对应的目标采集数据，其中元素u(in)表示在给激励线圈20施加电流ik时所采集获取的目标采集数据，其余元素的含义以此类推。由于本发明实施例目标采集数据包括信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量，对应的一维图像重建中，当采用信号的尖峰幅值来进行重建时，u(in)取值为公式(1)对应的upeak(in)，当采用信号的3倍基频谐波分量来进行重建时，u(in)取值为公式(2)对应的u3(in)；g表示***矩阵，为已知量，其中g(in,rn)表示单位浓度的磁粒子在施加电流in时对应非线性、非均匀的激励磁场作用下，所产生信号的目标采集数据分布在成像区域的第rn个数据采集点的分量，其余元素的含义以此类推；c表示重建出的一维磁粒子浓度空间分布，其所包含的各个元素是成像区域中各数据采集点上的磁粒子浓度，其中c(rn)表示成像区域中第rn个数据采集点的磁粒子浓度。
在实际应用中，若***矩阵g不是很庞大，则可以直接按照上述公式(3)中所示的，先对***矩阵g进行求逆，再对求逆的***矩阵g-1以及目标采集数据u做乘法的方式来实现磁粒子浓度c的重建。若***矩阵g较为庞大，直接求逆较为困难，则可以将磁粒子浓度c中的元素作为待求解的变量x，通过构建一组方程u(in)＝g(in,r0)x+g(in,r1)x+…+g(in,r1)x，n∈[0,N-1]，并对该组方程运用迭代方式进行求解，从而根据求解结果来实现磁粒子浓度c的重建。其中，迭代方法如常用的代数重建法、联合代数重建法、最大似然期望最大化算法或有序子集期望最大化算法等等。
需要说明的是，现有磁粒子成像(Magnetic Particle Imaging，简称MPI)方法也采用了***矩阵进行磁粒子成像，但是其与本发明实施例提出的***矩阵不同：现有磁粒子成像***采用的***矩阵中每个元素包括了已知浓度的磁粒子样品在成像区域中的某个数据采集点上所产生信号的一组傅里叶分量，即在该数据采集点上所产生的信号的各次谐波；而本发明实施例中，***矩阵的每一个元素都是单位浓度的磁粒子在成像区域中某一个数据采集点上所产生信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量，与现有MPI***采用的***矩阵不同。
为了进一步提高磁粒子成像精度，本发明实施例在图像重建之前，对S20获取的感应电压信号进行校正。经发明人在实现本发明的过程中发现，可以利用目标采集数据包括的信号尖峰面积和半值全宽信息对感应电压信号进行校正，具体可以是对从每个感应电压信号提取的对应的目标采集数据进行校正。
本发明实施例提供了一种可选方案，当目标采集数据还包括信号的信号尖峰面积和半值全宽时；请参见图5，S302根据目标采集数据，以及***矩阵，对成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建，可以包括以下步骤：
S3021、利用信号的信尖峰面积对目标采集数据中信号的尖峰幅值和半值全宽进行校正。
具体而言，经发明人分析，信号的信号尖峰面积与磁场强度无关，与磁粒子浓度成正比。因此，无论是在单个数据采集点上施加不同的电流幅度的过程中，或是变换数据采集点甚至变更圆周运动的过程中，假设成像目标的磁粒子浓度分布情况保持不变，则每次数据采集点上的信号峰值面积其实是一个守恒量。考虑到实际的成像目标的磁粒子浓度分布在短时间内不变、在长时间内可能有所变化的情况，本发明实施例采用了以数据采集点为单位、根据信号峰值面积来进行目标采集数据中信号的尖峰幅值和半值全宽的校正，以使最终提取的目标采集数据能够更佳准确。
其中，提取信号峰值面积具体指的是信号的时域曲线下的面积，可以通过对时域上采集的数据进行积分处理。具体地：在每个数据采集点上，每变换一次电流幅度都会采集一次信号，并提取该信号的信号峰值面积；当电流幅度调整的过程结束，即完成该停数据采集点上的扫描后，比较所采集的所有信号的信号面积，通过比较结果发现无形磁场中所可能出现的异常，对其中信号面积异常的信号进行修正，具体修正的方式存在多种。例如，可以给激励线圈20重新施加该信号对应的电流，从而重新进行采集；或者利用采集时间相邻的信号对该异常的信号进行修正等等。
S3022、根据校正后的目标采集数据，以及***矩阵，对成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建。
具体而言，采用公式(3)，利用校正后的目标采集数据，以及***矩阵，实现成像目标中磁粒子的浓度分布的一维图像重建。
本发明实施例提供了另一种可选方案，当目标采集数据还包括信号的信号尖峰面积和半值全宽；请参见图6，S302根据目标采集数据，以及***矩阵，对成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建，也可以包括以下步骤：
S302-1、利用信号的信尖峰面积和/或信号的半值全宽对目标采集数据中信号的尖峰幅值和半值全宽进行校正。
具体而言，通过信号的信尖峰面积对目标采集数据中信号的尖峰幅值和半值全宽进行校正与S3021处理类似，在此不再赘述。
当目标采集数据还包括信号的半值全宽时，发明人在实现本发明的过程中发现，信号的半值全宽与磁粒子浓度无关，但是与激励磁场强度成反比关系；因此，通过统一比较实际采集的所有信号的半值全宽，可以根据比较结果来检验激励磁场的稳定性，发现无形的磁场中所可能出现的异常，以确保最终的重建图像所依赖的数据真实有效。
其中，半值全宽指的是信号的幅度下降到一半时对应的时域的宽度。考虑到统一对整个扫描过程中采集的信号的半值全宽进行对比效率较低，因此本发明实施例采用了以数据采集点为单位进行半值全宽比较的方案，具体在每个数据采集点上，每变换一次电流幅度都会采集一次信号，并提取该信号的半值全宽；当电流幅度调整的过程结束，即完成该数据采集点上的扫描后，比较所采集的所有信号的半值全宽，从中发现异常的半值全宽，从而发现无形的磁场中所可能出现的异常。对其中信号半值全宽异常的信号进行修正，具体修正的方式存在多种。例如，可以给激励线圈20重新施加该信号对应的电流，从而重新进行采集；或者利用采集时间相邻的信号对该异常的信号进行修正等等。
S302-2、利用信号的半值全宽对非线性、非均匀的激励磁场进行校正。
具体而言，利用S302-1发现异常的半值全宽，从而发现无形的磁场中所可能出现的异常。对于发现的异常磁场情况，通过校正激励线圈20的位置，确保激励磁场的精确变化，再通过校正后的激励磁场的作用下，获取校正后的目标采集数据，实现对目标采集数据中信号的尖峰幅值和半值全宽的校正，以使最终提取的目标采集数据能够更佳准确。
S302-3、利用校正后的非线性、非均匀的激励磁场对***矩阵进行校正；校正后的***矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在校正后的非线性、非均匀的激励磁场作用下所产生信号的目标采集数据对应的空间分布。
具体而言，本发明实施例***矩阵是预先实验获取的根据单位浓度的磁粒子在非线性、非均匀的激励磁场作用下所产生信号的目标采集数据对应的空间分布，当出现磁场异常时，对非线性、非均匀的激励磁场进行校正，根据校正后的非线性、非均匀的激励磁场实时测量校正***矩阵，根据校正后的***矩阵来进行一维图像重建，可以提高图像重建的精度。
S302-4、根据校正后的目标采集数据，以及校正后的***矩阵，对成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建。
具体而言，采用公式(3)，利用校正后的目标采集数据，以及校正后的***矩阵，实现成像目标中磁粒子的浓度分布的一维图像重建。
本发明实施例提供了另再一种可选方案，请参见图7，在S3023后，还可以执行以下步骤：
S302-5、利用校正后的非线性、非均匀的激励磁场对校正后的目标采集数据进行反卷积校正处理。
具体而言，在图像重建过程中，通常会由于驰豫效应导致信号恶化。本发明实施例通过对目标采集数据进行反卷积处理，以减轻因磁粒子弛豫效应导致的信号形变，具体的形变主要包括信号幅度的降低，以及时域的展宽、不对称等。通过反卷积操作，可以对目标采集数据进行校正，减少由于驰豫效应导致的信号恶化，使最终提取的目标特征能够更佳准确。
基于反卷积校正处理后，对应的S302-4更新为S302-6：
S302-6、根据反卷积校正处理后的目标采集数据，以及校正后的***矩阵，对成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建。
具体而言，采用公式(3)，利用反卷积校正处理后的目标采集数据，以及校正后的***矩阵，实现成像目标中磁粒子的浓度分布的一维图像重建。
在实际应用中，大尺寸(30nm～100nm)的磁粒子更容易产生驰豫效应，因此，如果成像目标中的磁粒子尺寸较大，便可以通过增加该驰豫效应反卷积子单元来减轻信号形变。
S302、利用滤波反投影方法，对一维图像重建的结果进行对应的二维图像重建。
具体而言，本发明实施例对每个数据采集点的一维图像重建结果，利用滤波反投影方法，重建实现成像目标的二维磁粒子浓度空间分布。其中，滤波反投影重建的方法常用在CT成像重建中，其背后的数学原理是拉东变换。本发明实施例运用滤波反投影重建的方法来重建磁粒子浓度分布图像的方式基本与此相同，故在此不再进行赘述。
需要说明的是，本发明实施例一维图像重建和二维图像重建的重建图像均是磁粒子浓度在一维或二维的空间分布。
本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法同时利用尖峰幅值和3倍基频谐波分量进行成像时，分别利用尖峰幅值和3倍基频谐波分量进行成像，并对得到的两个成像结果进行融合。具体而言，每次在从感应电压信号中提取目标采集数据时，提取信号的尖峰幅值和3倍基频谐波分量。然后分别利用信号的尖峰幅值和3倍基频谐波分量进行成像，得到两个成像结果。然后，对这两个成像结果进行融合，即对两个成像的图像进行图像融合，从而进一步提高重建的效果。具体的图像融合方式可以包括图像间相同位置的像素的加权融合或其他常用的图像融合方式等等。
进一步地，请参见图8，本发明实施例二维磁粒子成像方法还包括利用屏蔽线圈产生屏蔽磁场，以饱和约束成像区域以外的区域中存在的磁粒子。
具体而言，本发明实施例屏蔽线圈内置于成像目标承载装置内，且并行为多个矩形的屏蔽线圈；其中，当二维磁粒子成像方法工作时，与成像目标的位置上下对应的屏蔽线圈关闭，其余的屏蔽线圈通电开启。如图8所示，加粗线圈为成像目标对应的中心区域屏蔽线圈，其他线圈为***区域屏蔽线圈。
这里，屏蔽线圈的主要作用在于减少外部干扰。例如，当磁粒子设备位于屏蔽效果不良的环境中时，开启屏蔽线圈可以有效饱和约束非成像区域以外的区域中存在的磁粒子，使得仅位于成像区域内的磁粒子被激励线圈20激励。示例性的，当二维磁粒子成像方法用于人体扫描成像时，该成像目标承载装置可以是一个检查床。另外，当二维磁粒子成像方法用于对外形不规则的成像目标进行扫描成像时，该成像目标承载装置还可以包含一个用于夹持或固定成像目标的结构。在实际应用中，屏蔽线圈的开关控制可以单独控制，也可以通过中控计算机与扫描过程实现联动控制。
在上述出现输出磁场异常时，可以包括显示装置、声音报警装置等提示装置。通常来说，磁场异常的出现可能与外部干扰有关；发现磁场异常后，可采取更高级别的屏蔽措施，例如打开成像区域外的屏蔽线圈等，重新进行***矩阵的测定，然后再重新进行扫描成像。
为了验证本发明实施例提出的二维磁粒子成像方法的有效性，以图3(c)所示平板结构通过以下实验进行说明。
两个平板10内的激励线圈20由一圆形霍姆霍兹线圈组成，每个激励线圈20的直径为40cm，厚度和宽度均为5cm，激励线圈20匝数为200匝，两个激励线圈20的间距为50cm，施加同向的余弦交变电流，在成像目标区域产生15mT～30mT的余弦交变磁场，频率为3.0KHz～35KHz，施加的余弦交变电流为20A～40A，轴向分量的磁场沿着横向平面为均匀分布，在成像目标的中心区域20cm～50cm视野范围内磁场强度的变化范围小于5％，确保等磁场面为一个平面，不是曲面。每个数据采集点的激励线圈20的电流改变次数为256次，一个平板10中激励线圈20的电流由20A开始增加，每次增加0.78A，共增加256次，直至40A；另一个平板10中激励线圈20的电流由40A开始降低，每次降低0.78A，共降低256次，直至20A，使得“V”形磁场的形状和位置发生256次独立的变化。每次变化后的“V”形磁场的形状和位置保持一个很短的时间，保持0.017ms，完成半个余弦振荡的激励磁场(振荡频率为30KHz)和信号采集，然后变换到下一个形状和位置，完成256次的“V”形磁场的形状和位置变化，共需要4.267ms。相应的，后续数据一维/二维重建子单元进行数据重建后，得到的是沿着激励线圈20轴向方向的一维/二维磁粒子浓度分布信息。
两个平板10内的接收线圈30由一圆形霍姆霍兹线圈组成，每个接收线圈30的直径为40cm，厚度和宽度均为5cm。两个接收线圈30的间距为40cm，在两个平板10内分别紧靠在轴向方向的非均匀的激励线圈20。
一个平板10为圆柱形平板10，平板10直径为120cm，厚度为40cm，在获取感应电压信号过程中，该平板10内激励线圈20和接收线圈30，以成像目标在激励线圈20和接收线圈30所在平面对应的投影位置为中心点做圆周运动，由内向外做逆时针螺旋形移动，共完成256个圆周*256个数据采集点的扫描，扫描时间为4.66分钟；同理，另一个平板10为圆柱形平板10，平板10直径为120cm，厚度为100cm，该平板10内激励线圈20和接收线圈30，以成像目标在激励线圈20和接收线圈30所在平面对应的投影位置为中心点做圆周运动，由内向外做顺时针螺旋形移动，即两平板10内的激励线圈做相反方向和相反位置的移动，共同完成256个圆周*256个采样点的扫描，扫描时间为4.66分钟。通过激励线圈20和接收线圈30做256次圆周运动，每次圆周运动中采集256个数据采集点，每个数据采集点对应施加256次不同的交变电流，在两个平板10分别得到256*256*256的感应电压信号，通过两个平板10得到的感应电压信号进行图像重建。
另外，本发明实施例成像目标承载装置可以包括一检查床，检查床可以设置按钮控制检查床的高低和移动。检查床内设置有多个屏蔽线圈：检查床内设置了15个宽度为10cm、长度为30cm的屏蔽线圈，屏蔽线圈匝数为200匝，直流电流为30安。屏蔽线圈沿着检查床并列排列，扫描时，中心区域的2～5个屏蔽线圈关闭，使得成像目标的中心区域的磁粒子能够被激励线圈20振荡，产生感应电压信号，其余位置的屏蔽线圈打开，产生30mT非线性、非均匀的激励磁场，用来饱和约束***区域的磁粒子，避免产生干扰信号。
基于上述实验条件，对两种原始图像采用本发明实施例提出的二维磁粒子成像方法进行图像重建，成像效果请参见图9(a)～图9(b)所示，具体地：
图9(a)中，图9(a)上边为第一种原始图像，图9(a)下边左侧为第一种原始图像的二维投影示意图，图9(a)下边右侧为采用本发明磁粒子成像方法对第一种原始图像进行图像重建得到的二维重建图像示意图。本发明实施例采用的成像目标是磁粒子呈二维平面分布的样品，其磁粒子分布如图中所示的原始图像，白色区域为有磁粒子分布的区域，黑色区域是无磁粒子分布的区域。由图9(a)可以看出，利用本发明实施例提供的该磁粒子成像方法进行重建后，二维投影重建的二维图像可以清楚地显示出成像目标原有的磁粒子分布情况。
图9(b)中，图9(b)上边为第二种原始图像，图9(b)下边左侧为第二种原始图像的二维投影示意图，图9(b)下边右侧为采用本发明磁粒子成像方法对第二种原始图像进行图像重建得到的二维重建图像示意图。本发明实施例采用的成像目标是一病患的头部，原始图像是利用磁共振设备拍摄的该病患的头部磁共振成像；由图9(b)可以看出，磁共振成像中包含有颅脑内部其他组织的影像，和血管组织的影像叠加在了一起；而利用本发明实施例提供的该磁粒子成像设备根据二维投影重建的二维图像中，仅显示出了存在有磁粒子分布的血管组织。
同理，采用图3(a)～3(b)所示平板结构，基于上述类似图3(c)所示平板结构的实验条件，也可以实现如图9(a)～图9(b)所示的磁粒子成像效果，在此不再赘述。
本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法中，对成像目标所在的全空间中的磁粒子进行非线性、非均匀的磁场激励，全空间中的所有磁粒子都会对接收线圈30上的感应电压有贡献，无需设置磁场自由区，也无需对磁场自由区进行位置变更；其中，通过对平板结构内激励线圈20和接收线圈30的位置调整，以及对平板结构内激励线圈20施加电流的调整，相当于平板结构中的激励线圈20和接收线圈30以多种不同的空间姿态，以及多种不同的磁场分布状态进行非线性、非均匀激励；当平板结构中的激励线圈20和接收线圈30处于某个空间姿态下时，改变平板结构内激励线圈20施加的电流，可以使磁场分布将沿着激励线圈20的轴向方向发生位置的偏移，实现了一维空间编码；而当平板结构中的激励线圈20和接收线圈30处于不同空间姿态下时，同一位置处的磁粒子感受到的磁场强度也是不同的，由此便实现了二维全空间编码。
基于以上激励方式，本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法进行磁粒子成像时，无需设置磁场自由区；无需对磁场自由区进行位置变更；每次获取的感应电压信号是全空间中的所有磁粒子被激励后所产生的信号叠加而成，成像视野无需如现有技术那样受磁场自由区大小和活动范围的限制，从而可以使成像视野不再局限于小动物，例如老鼠成像，其能够匹配人体尺寸大小，比如人体扫描通常需要的20cm～50cm的扫描视野。并且，不设置磁场自由区便可以省略掉构建梯度场所需的线圈以及所相应耗费的功耗，设备规模和功耗都会有所降低，使得采用的激励磁场的磁场强度为15mT～30mT时，就可以实现人体至少50cm的扫描视野。
此外，与现有技术中几乎以成像图像的分辨率为步进执行扫描的方式相比，本发明实施例中所涉及的扫描步进包括电流幅度调整的步进以及圆周运动内的相邻数据采集点之间的步进，基于这样的步进执行扫描所需的扫描时长远小于现有技术，时效性较高，可有效减轻磁粒子的弛豫效应，使得成像结果更为清晰，实现高分辨率的磁粒子成像。
综上所述，本发明实施例没有使用现有磁粒子成像技术中的选择场和聚焦场，整个成像空间的每个点都是磁场自由区，能够被磁场激励，即每次获取的感应电压信号是由整个空间的所有点的磁纳米粒子的信号叠加而成。通过对全空间进行空间编码，利用***矩阵和图像重建方法重建出成像目标的磁粒子浓度分布图像，实现了低功耗、大视野、高分辨率的磁粒子成像。这样的低功耗、大视野、高分辨率的二维磁粒子成像方法，可以扩展到临床人体扫描。
本发明实施例提供的二维磁粒子成像方法在医学上的用途包括但不限于心脑血管成像、肿瘤影像成像，以及干细胞追踪、红细胞标记、免疫细胞标记、炎症细胞监测等靶向成像。其中，相对于现有血管成像技术，本发明实施例进行磁粒子成像不需要做数字减影，具有较少的运动伪影。与现有的PET和SPECT的成像技术相比，本发明实施例提供二维磁粒子成像方法具有更高的灵敏性和图像分辨率，且没有电离辐射，示踪剂的生产和存储也较为容易。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种二维磁粒子成像方法，其特征在于，包括：
利用内置有激励线圈和接收线圈的平板结构根据预设的激励磁场调整策略产生非线性、非均匀的激励磁场；所述激励磁场调整策略包括对所述平板结构内激励线圈和接收线圈的位置调整，以及对所述平板结构内激励线圈施加电流的调整；
获取成像目标在非线性、非均匀的激励磁场作用下，所述接收线圈产生的感应电压信号；所述成像目标携带有磁粒子；
根据所述感应电压信号，以及***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行图像重建；其中，所述***矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在所述非线性、非均匀的激励磁场作用下所产生的目标采集数据对应的空间分布；所述目标采集数据包括从所述感应电压信号中提取的信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量。
2.根据权利要求1所述的二维磁粒子成像方法，其特征在于，所述平板结构包括一个平板，所述平板与所述成像目标位置相对；所述平板内置有激励线圈和接收线圈，所述接收线圈和所述成像目标位置相对，所述激励线圈和所述接收线圈位置相对；
对应的根据预设的激励磁场调整策略产生非线性、非均匀的激励磁场，包括：
所述对所述平板结构内激励线圈和接收线圈的位置调整，包括：
调整所述平板内激励线圈和接收线圈，以所述成像目标在激励线圈和接收线圈所在平面的对应投影位置为中心做由内到外的螺旋形移动；
所述对所述平板结构内激励线圈施加电流的调整，包括：
调整所述平板内激励线圈施加的同向交变电流的幅度。
3.根据权利要求2所述的二维磁粒子成像方法，其特征在于，调整所述平板内激励线圈施加的同向交变电流的幅度的方式，包括：
对所述平板内激励线圈施加的同向交变电流的幅度逐步增加或减小。
4.根据权利要求1所述的二维磁粒子成像方法，其特征在于，所述平板结构包括两个平板，所述成像目标位于两个所述平板之间；两个所述平板分别内置有激励线圈和接收线圈；两个所述平板内的激励线圈和接收线圈位置相对，两接收线圈位置相对；
对应的根据预设的激励磁场调整策略产生非线性、非均匀的激励磁场，包括：
所述对所述平板结构内激励线圈和接收线圈的位置调整，包括：
分别调整两个所述平板内激励线圈和接收线圈，以所述成像目标在激励线圈和接收线圈所在平面的对应投影位置为中心做由内到外的螺旋形移动；其中，两个所述平板内激励线圈和接收线圈的螺旋形移动方向相反；
所述对所述平板结构内激励线圈施加电流的调整，包括：
分别调整两个所述平板内激励线圈施加的同向交变电流的幅度；其中，两个所述平板内激励线圈施加的同向交变电流的幅度调整方向相反。
5.根据权利要求4所述的二维磁粒子成像方法，其特征在于，分别调整两个所述平板内激励线圈施加的同向交变电流的幅度的方式，包括：
对一个所述平板内的激励线圈施加的电流幅度逐步增加或减小，对另一个所述平板内的激励线圈施加的电流幅度对应逐步减小或增加。
6.根据权利要求1所述的二维磁粒子成像方法，其特征在于，在对所述平板结构内激励线圈和接收线圈的调整过程中包括多个数据采集点；
根据所述感应电压信号，以及***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行图像重建，包括：
针对每个数据采集点，从所述感应电压信号中提取对应的目标采集数据；
根据所述目标采集数据，以及所述***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建；
利用滤波反投影方法，对一维图像重建的结果进行对应的二维图像重建。
7.根据权利要求6所述的二维磁粒子成像方法，其特征在于，根据所述目标采集数据，以及***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建公式表示为：
c＝g-1u；
其中，
i0,i1,…,iN+1表示在所述平板结构内激励线圈上施加的N次不同幅度的电流，r0,r1,…,rN+1表示将所述成像目标所在的成像区域划分的N个数据采集点；u表示每个数据采集点对应的目标采集数据，元素u(in)表示在给所述激励线圈施加电流in时所采集提取的目标采集数据；g表示***矩阵，为已知量，元素g(in,rn)表示单位浓度的磁粒子在施加电流in时对应非线性、非均匀的激励磁场作用下，所产生信号的目标采集数据分布在成像区域的第rn个数据采集点的分量；c表示重建出的一维磁粒子浓度空间分布数据，其所包含的各个元素是成像区域中各数据采集点上的磁粒子浓度，元素c(rn)表示成像区域中第rn个数据采集点的磁粒子浓度。
8.根据权利要求6所述的二维磁粒子成像方法，其特征在于，所述目标采集数据还包括信号的信号尖峰面积和半值全宽；
所述根据所述目标采集数据，以及所述***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建，包括：
利用所述信号的信尖峰面积对所述目标采集数据中信号的尖峰幅值和半值全宽进行校正；
根据校正后的目标采集数据，以及所述***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建。
9.根据权利要求6所述的二维磁粒子成像方法，其特征在于，所述目标采集数据还包括信号的信号尖峰面积和半值全宽；
所述根据所述目标采集数据，以及所述***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建，包括：
利用所述信号的信尖峰面积和/或所述信号的半值全宽对所述目标采集数据中信号的尖峰幅值和半值全宽进行校正；
利用所述信号的半值全宽对非线性、非均匀的激励磁场进行校正；
利用校正后的非线性、非均匀的激励磁场对所述***矩阵进行校正；校正后的***矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在校正后的非线性、非均匀的激励磁场作用下所产生信号的目标采集数据对应的空间分布；
根据校正后的目标采集数据，以及校正后的***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建。
10.根据权利要求9所述的二维磁粒子成像方法，其特征在于，还包括：
利用校正后的非线性、非均匀的激励磁场对校正后的目标采集数据进行反卷积校正处理；
所述根据校正后的目标采集数据，以及校正后的***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建，包括：
根据反卷积校正处理后的目标采集数据，以及校正后的***矩阵，对所述成像目标中磁粒子的浓度分布进行对应的一维图像重建。
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| CN202210039193.6A CN114601442A (zh) | 2022-01-13 | 2022-01-13 | 一种二维磁粒子成像方法 |
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