【技术实现步骤摘要】
所属的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本专利技术的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本专利技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本专利技术的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本专利技术的保护范围之内。
技术介绍
1、磁纳米粒子是一种具有超顺磁性的纳米颗粒，近年来其作为一种新型的医学成像示踪剂在肿瘤检测、磁粒子热疗、靶向给药等临床问题中被广泛研究和应用。
2、磁粒子成像（magnetic particle imaging, mpi）是一种新型的生物医学成像技术，通过施加静态梯度磁场在视场中心产生一个稳定的磁场自由区域（field-freeregion, ffr）。根据磁化饱和效应，在ffr及附近位置的磁纳米粒子能在交变磁场激发下产生动态磁化响应，而远离ffr的磁纳米粒子被强磁场饱和难以产生动态磁化响应。因此，在静态梯度磁场和激发磁场的基础上再叠加不同方向的偏置磁场，即可移动ffr进
3、根据梯度线圈拓扑结构不同，所述ffr可以分为磁场自由点型（field-freepoint, ffp）和磁场自由线型（field-free line, ffl）。ffp型mpi可以单次采集一个像素区域内的磁纳米粒子信号，因此具有较高的空间分辨率，但另一方面由于单次采集信号仅来源于一个像素区域，因此灵敏度和信噪比较低。相比来说，ffl型mpi能够同时采集一条线上的磁纳米粒子信号，因此具有更高的灵敏度和信噪比。然而，为了获得ffl方向上的磁纳米粒子位置信息，传统方法必须依靠多角度旋转ffl来进行信号采集和空间编码，这大大增加了整体的成像时间。此外，旋转ffl需要复杂的机械设计，如果采用磁场旋转还需要很高的功耗。因此，目前ffl型mpi虽然具有较高的灵敏度和信噪比，但是为了获得高分辨率的图像，需要较高的时间和经济成本。
4、因此，为了能够同时实现高灵敏度和高分辨率的mpi技术，本领域还需要一种能够在不牺牲空间分辨率的同时降低ffl型mpi系统的成像时间和制造成本的方法；
5、基于此，本专利技术了一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法及系统。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术中整体的成像时间较长，旋转磁场自由线需要复杂的机械设计，还需要很高的功耗的问题，本专利技术提供了一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法及系统。
2、本专利技术的第一方面，提出了一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，该方法包括：
3、基于磁场自由线生成模块在成像视场中心产生一条磁场自由线，使远离所述磁场自由线的区域的磁粒子进入磁化饱和状态；
4、沿平行于所述磁场自由线方向施加非均匀混频激励磁场，激发所述磁场自由线上不同位置的磁粒子产生互调响应信号；
5、利用平行于所述磁场自由线方向的接收线圈采集所述磁场自由线上的互调响应信号，所述互调响应信号经过放大滤波后传输至数字信号处理单元和图像重建单元；
6、基于经过所述数字信号处理单元的多个所述互调响应信号构建编码矩阵；
7、所述图像重建单元结合所述编码矩阵和实际测量的电压信号重建所述磁场自由线上的磁粒子的一维浓度分布；
8、通过施加垂直于所述磁场自由线的正交磁场驱动所述磁场自由线沿其垂直平面进行逐线扫描，进而实现三维成像。
9、在一些优选的实施方式中，所述磁化饱和状态为磁粒子不再对交变磁场产生动态磁化响应信号的状态。
10、在一些优选的实施方式中，所述非均匀混频激励磁场包括至少两种频率的交变磁场，其中一种是高频的均匀磁场，另一种是低频的梯度磁场，所述高频的均匀磁场用于同时激发所述磁场自由线上的磁粒子产生高信噪比的磁化响应信号；所述低频的梯度磁场用于对所述磁场自由线上的磁粒子进行空间编码，使所述磁场自由线上不同位置的磁粒子的磁化响应信号不相同。
11、在一些优选的实施方式中，所述互调响应信号为磁场自由线上不同位置上的磁粒子不同的磁化响应信号，所述磁化响应信号为混频信号；
12、所述互调响应信号包括除两种激励频率分量以外，还有两种激励频率互调后的频率分量；所述互调响应信号为时域信号或频域信号。
13、在一些优选的实施方式中，所述编码矩阵，其构建方法包括：
14、将预设的体素大小的磁粒子样本分别放置在所述磁场自由线上的不同位置，并采集不同位置下的互调响应信号，每个位置的互调响应信号构成一个编码向量，将不同位置下的互调响应信号对应的所述编码向量组成一个编码矩阵。
15、本专利技术的另一方面，提出了一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像系统，基于一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，该系统包括磁场自由线生成模块、非均匀混频激发模块、磁场自由线信号采集模块、磁场自由线平移模块、数字信号处理单元和图像重建单元；
16、所述磁场自由线生成模块包括轴向方向沿y轴设置的第一恒定梯度磁场发生器和第二恒定梯度磁场发生器，并用于在成像视场内生成磁场自由线；
17、非均匀混频激发模块包括轴向方向沿x轴设置的第一高频均匀磁场发生器和第二高频均匀磁场发生器，以及第一低频梯度磁场发生器和第二低频梯度磁场发生器；
18、所述第一高频均匀磁场发生器和所述第二高频均匀磁场发生器用于同时激发所述磁场自由线上的磁粒子产生高信噪比的磁化响应信号；所述第一低频梯度磁场发生器和所述第二低频梯度磁场发生器使所述磁场自由线上不同位置的磁粒子的磁化响应信号不相同；
19、所述磁场自由线信号采集模块包括轴向方向沿x轴设置的第一接收线圈和第二接收线圈，并用于采集所述磁场自由线上磁粒子的动态磁化响应信号；所述磁场自由线信号采集模块还包括与所述第一接收线圈和所述第二接收线圈连接的信号放大滤波电路，所述信号放大滤波电路用于对所述动态磁化响应信号进行放大和滤波；
20、所述磁场自由线平移模块包括轴向方向沿y轴设置的第一扫描磁场发生器和第二扫描磁场发生器，并用于驱动所述磁场自由线沿y轴方向移动扫描；
21、所述数字信号处理单元与所述信号放大滤波电路连接，用于对采集到的所述磁场自由线上磁粒子的动态磁化响应信号中的时域信号进行傅里叶变换和频率挑选；
22本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述磁化饱和状态为磁粒子不再对交变磁场产生动态磁化响应信号的状态。
3.根据权利要求1所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述非均匀混频激励磁场包括至少两种频率的交变磁场，其中一种是高频的均匀磁场，另一种是低频的梯度磁场，所述高频的均匀磁场用于同时激发所述磁场自由线上的磁粒子产生高信噪比的磁化响应信号；所述低频的梯度磁场用于对所述磁场自由线上的磁粒子进行空间编码，使所述磁场自由线上不同位置的磁粒子的磁化响应信号不相同。
4.根据权利要求3所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述互调响应信号为磁场自由线上不同位置上的磁粒子不同的磁化响应信号，所述磁化响应信号为混频信号；
5.根据权利要求1所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述编码矩阵，其构建方法包括：
6.一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像系统，基于
7.根据权利要求6所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像系统，其特征在于，所述第一恒定梯度磁场发生器和所述第二恒定梯度磁场发生器以初始状态下的所述磁场自由线为对称轴对称设置。
8.根据权利要求6所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像系统，其特征在于，所述第一扫描磁场发生器和所述第二扫描磁场发生器与所述第一恒定梯度磁场发生器和所述第二恒定梯度磁场发生器同轴设置，并配置在所述第一恒定梯度磁场发生器和所述第二恒定梯度磁场发生器之间；
9.根据权利要求6所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像系统，其特征在于，所述第一高频均匀磁场发生器和所述第二高频均匀磁场发生器配置在所述第一扫描磁场发生器和所述第二扫描磁场发生器之间；
10.根据权利要求6所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像系统，其特征在于，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈设置在所述第一高频均匀磁场发生器和所述第二高频均匀磁场发生器之间，并与所述第一高频均匀磁场发生器和所述第二高频均匀磁场发生器同轴设置；
...【技术特征摘要】
1.一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述磁化饱和状态为磁粒子不再对交变磁场产生动态磁化响应信号的状态。
3.根据权利要求1所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述非均匀混频激励磁场包括至少两种频率的交变磁场，其中一种是高频的均匀磁场，另一种是低频的梯度磁场，所述高频的均匀磁场用于同时激发所述磁场自由线上的磁粒子产生高信噪比的磁化响应信号；所述低频的梯度磁场用于对所述磁场自由线上的磁粒子进行空间编码，使所述磁场自由线上不同位置的磁粒子的磁化响应信号不相同。
4.根据权利要求3所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述互调响应信号为磁场自由线上不同位置上的磁粒子不同的磁化响应信号，所述磁化响应信号为混频信号；
5.根据权利要求1所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述编码矩阵，其构建方法包括：
6.一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像系统，基于权利要求1-5任一项所述的一种免旋转磁场自由线的三维磁粒子成像方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：田捷，刘晏君，安羽，李光辉，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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