基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像系统，其特征在于，该三维磁粒子成像系统包括多通道激励线圈组、多通道检测线圈组、交流电源组、通道控制单元、信号调理单元和图像重建单元；所述多通道激励线圈组包括多个激励方向不同的激励电磁线圈，用于沿不同方向对磁粒子进行激励；所述多通道检测线圈组包括多个检测线圈阵列，所述多个检测线圈阵列中的每一个检测线圈阵列包括若干个检测电磁线圈，用于在不同空间位置不同角度检测磁粒子的响应电压信号；所述交流电源组，用于为所述多通道激励线圈组供电；所述通道控制单元，用于切换所述激励线圈组中的不同方向的激励线圈，对磁粒子进行不同方向的激励；所述信号调理单元，用于对所述多通道检测线圈组检测到的响应电压信号进行放大和滤波处理；所述图像重建单元，用于根据放大和滤波处理处理后的响应电压信号进行数字信号处理和三维磁粒子图像重建。2.根据权利要求1所述的基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像系统，其特征在于，所述交流电源组包括多通道信号发生器和功率放大器；所述多通道信号发生器，用于产生通电线圈组所需的电流波形；所述电流波形为正弦波、三角波、脉冲方波中的一种；所述功率放大器，用于将所述多通道信号发生器产生的电流波形放大至设定大小，并基于放大后的电流波形为所述多通道激励线圈组供电。3.根据权利要求1所述的基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像系统，其特征在于，所述三维磁粒子成像系统还包括显示单元；所述显示单元，用于显示所述图像重建单元重建的三维磁粒子图像。4.根据权利要求1
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3任一项所述的基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像系统，其特征在于，所述多通道激励线圈组的激励电磁线圈环绕所述三维磁粒子成像系统的成像视场；以所述成像视场中心作为三维坐标系的原点，则所述多通道激励线圈组的激励电磁线圈分别放置于三维坐标系的z轴负向方向、z轴正向方向、x轴正向方向和x轴负向方向；所述方向为激励线圈产生的主磁场方向，待成像对象沿y轴方向进入成像视场。5.根据权利要求1
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3任一项所述的基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像系统，其特征在于，所述多通道检测线圈组的检测线圈阵列与所述多通道激励线圈组的激励电磁线圈一一对应放置；每一个所述检测线圈阵列放置于对应的每一个激励电磁线圈靠近成像视场一侧，用于在不同空间位置多角度地检测磁粒子产生的响应电压信号。6.根据权利要求1
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3任一项所述的基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像系统，其特征在于，所述多个激励方向不同的激励电磁线圈，其在某一时刻下，仅有一个激励电磁线圈产生激励磁场；当任一个激励电磁线圈产生激励磁场时，所有检测线圈阵列同时检测磁粒子产生的磁
化响应电压信号，与激励磁场同方向的检测线圈阵列用于检测磁粒子产生的主磁通方向的磁化响应电压信号，与激励磁场垂直的检测线圈阵列用于检测磁粒子产生的漏磁通方向的磁化响应电压信号。7.一种基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像方法，其特征在于，基于权利要求1
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6任一项所述的基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像系统，该三维磁粒子成像方法包括：步骤s10，依次向不同的激励电磁线圈输入高频脉冲电流，在三维磁粒子成像系统的成像视场中产生特定方向的脉冲磁场，激发磁粒子产生不同方向上的磁化响应电压信号；步骤s20，针对每一个激励电磁线圈，利用平行于所述激励电磁线圈的检测线圈阵列检测磁粒子产生的主磁通方向的磁化响应电压信号，利用垂直于所述激励电磁线圈的检测线圈阵列检测磁粒子产生的漏磁通方向的磁化响应电压信号；步骤s30，通过数字滤波技术过滤检测到的响应电压信号中的直流分量，并对检测信号进行快速傅里叶变换，得到响应电压信号的频谱序列；步骤s40，构造多通道激励电磁线圈和检测线圈的测量矩阵，结合所述响应电压信号的频谱序列计算磁粒子浓度空间分布，实现三维磁粒子图像重建。8.根据权利要求7所述的基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述高频脉冲电流，其波形为窄脉宽的脉冲方波。9.根据权利要求7所述的基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述多通道激励电磁线圈和检测线圈的测量矩阵，其构造方法为：步骤s411，基于预设的三维磁粒子重建图像分辨率，将三维磁粒子成像系统的成像视场划分为n个重建单元；步骤s412，将待成像对象的磁粒子样本放入所述三维磁粒子成像系统的成像视场，遍历n个重建单元：针对每一个重建单元，通过权利要求7所述的基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像方法的步骤s10
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步骤s30对应方法获取一组频谱序列；所述一组频谱序列构成长度为m的一维向量；步骤s413，将n个重建单元对应的n组频谱序列进行组合，获得多通道激励电磁线圈和检测线圈的测量矩阵；所述测量矩阵，其第一列为第一组频谱序列，第n列为第n组频谱序列，测量矩阵大小为m行n列。10.根据权利要求9所述的基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述三维磁粒子图像重建，其方法为：步骤s421，建立三维磁粒子图像重建方程：f＝ac其中，a为多通道激励电磁线圈和检测线圈的测量矩阵，f为多通道检测线圈组检测得到的频谱序列，c为三维磁粒子重建图像；步骤s422，根据所述图像重建方程，求解三维磁粒子重建图像c，实现三维磁粒子图像重建。

技术总结
本发明属于生物医学成像技术领域，具体涉及了一种基于多通道激励和检测的三维磁粒子成像系统及方法，旨在解决现有磁粒子成像技术成像速度慢，且电磁线圈发热导致成像精度低的问题。本发明包括：沿不同方向对磁粒子激励的多通道激励线圈组；在不同空间位置不同角度检测磁粒子的响应电压信号的多通道检测线圈组；为多通道激励线圈组供电的交流电源组；切换激励线圈组中的不同方向的激励线圈，对磁粒子进行不同方向的激励的通道控制单元；对多通道检测线圈组检测到的响应电压信号进行放大和滤波处理的信号调理单元；根据放大和滤波处理处理后的响应电压信号进行数字信号处理和三维磁粒子图像重建的图像重建单元。本发明磁粒子成像速度快、精度高。精度高。精度高。


技术研发人员：田捷 刘晏君 惠辉 张浩然
受保护的技术使用者：中国科学院自动化研究所
技术研发日：2021.08.10
技术公布日：2021/11/9