一种二维磁粒子成像系统发明专利

专利名称：一种二维磁粒子成像系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210086821.6

专利申请（专利权）人：西安天策智脑电子科技有限公司
权利人地址：陕西省西安市沣东新城协同创新港研发办公大楼A座4楼407-2

专利发明（设计）人：李檀平,贾广,胡凯,黄力宇,苗启广,张昱

专利摘要：本发明公开了一种二维磁粒子成像系统，包括：平板结构，平板结构与成像目标位置相对；平板结构内置有激励线圈和接收线圈；驱动扫描单元，用于带动平板结构内的激励线圈和接收线圈做螺旋形移动；在螺旋形移动过程中包括多个数据采集点；磁场激励单元，用于在每个数据采集点，一次或多次向平板结构内的激励线圈施加交变电流产生不同的非线性、非均匀的激励磁场；非线性、非均匀的激励磁场作用于激励线圈产生激励磁场；数据采集单元，用于在每个数据采集点，采集平板结构内的接收线圈上产生的感应电压信号；数据成像单元，用于根据所有数据采集点对应的感应电压信号对成像目标进行磁粒子成像。本发明实现了低功耗、大视野、高分辨率的磁粒子成像。

主权利要求：
1.一种二维磁粒子成像系统，其特征在于，包括平板结构、驱动扫描单元、磁场激励单元、数据采集单元和数据成像单元，其中，所述平板结构与成像目标位置相对；所述平板结构内置有激励线圈和接收线圈，所述接收线圈与所述成像目标位置相对，所述激励线圈和所述接收线圈之间位置相对；
所述驱动扫描单元，用于带动所述平板结构内的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；在螺旋形移动过程中包括多个数据采集点；
所述磁场激励单元，用于在每个数据采集点，一次或多次向所述平板结构内的激励线圈施加交变电流产生不同的非线性、非均匀的激励磁场；其中，每次向所述平板结构内的激励线圈施加的电流幅度逐步增加或减小；所述非线性、非均匀的激励磁场作用于激励线圈产生激励磁场；
所述数据采集单元，用于在每个数据采集点，采集所述平板结构内的接收线圈上产生的感应电压信号；其中，所述感应电压信号在激励磁场的变化下产生；
所述数据成像单元，用于根据所有数据采集点对应的感应电压信号对所述成像目标进行磁粒子成像。
2.根据权利要求1所述的二维磁粒子成像系统，其特征在于，所述平板结构为圆柱形平板；对应的所述平板结构内的激励线圈和接收线圈，包括：所述激励线圈包括一圆形霍姆霍兹线圈；
所述接收线圈包括一圆形霍姆霍兹线圈。
3.根据权利要求1所述的二维磁粒子成像系统，其特征在于，所述激励线圈产生的非线性、非均匀的激励磁场为余弦振荡激励磁场。
4.根据权利要求1所述的二维磁粒子成像系统，其特征在于，所述数据成像单元包括信号校正子单元、信号特征提取子单元、一维数据重建子单元和二维数据重建子单元，其中，所述信号校正子单元，用于对所述数据采集单元采集的每个数据采集点对应的感应电压信号进行校正处理；
所述信号特征提取子单元，还用于从校正处理后的感应电压信号中提取对应的目标采集数据；所述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；
所述一维数据重建子单元，用于根据所述目标采集数据，以及系统矩阵，重建得到对应数据采集点的一维磁粒子浓度空间分布数据；其中，所述系统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信号的目标采集数据对应的空间分布；
所述二维数据重建子单元，用于根据每个数据采集点的一维空间分布数据，利用滤波反投影方法，重建得到所述成像目标的二维磁粒子浓度空间分布数据。
5.根据权利要求4所述的二维磁粒子成像系统，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；
所述信号校正子单元包括第一信号校正模块、磁场校正模块和第二信号校正模块，其中，所述第一信号校正模块用于根据所述信号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；
所述磁场校正模块，用于根据所述信号的半值全宽对所述非线性、非均匀的激励磁场进行校正；
所述第二信号校正模块，用于在校正后的非线性、非均匀的激励磁场的作用下，根据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，以及根据校正后的非线性、非均匀的激励磁场对所述系统矩阵进行校正；
其中，校正后的系统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。
6.根据权利要求5所述的二维磁粒子成像系统，其特征在于，所述数据成像单元还包括弛豫反卷积模块；
所述弛豫反卷积模块，用于在校正后的非线性、非均匀的激励磁场的作用下，对所述数据采集单元采集的每个数据采集点对应的感应电压信号进行反卷积校正处理；
所述信号校正子单元，还用于对反卷积校正处理后的感应电压信号进行校正处理。
7.根据权利要求4所述的二维磁粒子成像系统，其特征在于，所述一维数据重建子单元中，根据所述目标采集数据，以及系统矩阵，重建得到对应数据采集点的一维磁粒子浓度空间分布数据公式表示为：‑1
c＝g u；
其中，
i0,i1,…,iN+1表示在平板结构内的激励线圈上施加的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；u表示每个数据采集点对应的目标采集数据，元素u(in)表示在给激励线圈施加电流in时所采集获取的目标采集数据；g表示系统矩阵，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4所述的二维磁粒子成像系统，其特征在于，所述二维数据重建子单元中，利用滤波反投影方法重建得到所述成像目标的二维磁粒子浓度空间分布数据基于的数学原理是拉东变换。
9.根据权利要求1所述的二维磁粒子成像系统，其特征在于，还包括成像目标承载装置，用于承载所述成像目标；
所述成像目标承载装置内部并行有多个矩形的屏蔽线圈；其中，当所述二维磁粒子成像系统工作时，与所述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。
10.根据权利要求1所述的二维磁粒子成像系统，其特征在于，所述激励磁场的磁场强度为15mT～30mT时，对应的扫描视野达到50cm。 说明书 : 一种二维磁粒子成像系统技术领域[0001] 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系统。背景技术[0002] 随着纳米生物技术、医学成像技术和靶向基因/药物转染的发展，生物医学成像技术成为靶向药物传输及早期肿瘤监测的必不可少的工具。超顺磁纳米颗粒具有独特的磁性特征、良好的生物相容性和磁性非病毒载体等优势，已经作为造影剂在核磁共振成像技术中得到了广泛的应用。[0003] 磁粒子成像技术(MagneticParticleImaging，简称MPI)技术由Gleich等人于2005年首次提出利用超顺磁纳米颗粒在交变磁场激励下的非线性磁性响应实现了对磁性粒子浓度空间分布的成像。与传统医学成像技术，比如医学影像技术如电子计算机断层扫描(ComputedTomography，简称CT)、磁共振成像(MagneticResonanceImaging，简称MRI)、单光子发射计算机断层成像(Single‑PhotonEmissionComputedTomography，简称SPECT)相比，MPI具有高灵敏度、高空间分辨率和高时间分辨率的优势；而且MPI通过静态磁场和振荡磁场实现粒子成像，在成像过程中不接触放射性物质，因此不存在电离辐射；由于组织具有抗磁性，不会对MPI成像产生干扰信号，因此粒子浓度分布的图像对比度较高，从而受到了广泛的关注。[0004] 请参见图1，现有磁粒子成像是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。[0005] 但是，现有的二维磁粒子成像系统，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，产生很大的梯度磁场；现有磁粒子成像技术的成像视野大小由激励场和选择场相叠加组成的复合磁场共同决定，通常是将激励磁场强度和选择场的梯度的比值作为成像视野，目前磁粒子成像主要是应用于老鼠成像，成像视野为1cm～3cm厘米，需要的激励磁场强度为15mT～30mT，而人体的扫描视野通常需要20cm～50cm，需要更高的激励磁场强度，实现起来非常困难，很难扩展到临床人体扫描。发明内容[0006] 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系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：[0007] 本发明实施例提供了一种二维磁粒子成像系统，平板结构、驱动扫描单元、磁场激励单元、数据采集单元和数据成像单元，其中，[0008] 所述平板结构与成像目标位置相对；所述平板结构内置有激励线圈和接收线圈，所述接收线圈与所述成像目标位置相对，所述激励线圈和所述接收线圈之间位置相对；[0009] 所述驱动扫描单元，带动所述平板结构内的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；在螺旋形移动过程中包括多个数据采集点；[0010] 所述磁场激励单元，用于在每个数据采集点，一次或多次向所述平板结构内的激励线圈施加交变电流产生不同的非线性、非均匀的激励磁场；其中，每次向所述平板结构内的激励线圈施加的电流幅度逐步增加或减小；所述非线性、非均匀的激励磁场作用于激励线圈产生激励磁场；[0011] 所述数据采集单元，用于在每个数据采集点，采集所述平板结构内的接收线圈上产生的感应电压信号；其中，所述感应电压信号在激励磁场的变化下产生；[0012] 所述数据成像单元，用于根据所有数据采集点对应的感应电压信号对所述成像目标进行磁粒子成像。[0013] 在本发明的一个实施例中，所述平板结构为圆柱形平板；对应的所述平板结构内的激励线圈和接收线圈，包括：[0014] 所述激励线圈包括一圆形霍姆霍兹线圈；[0015] 所述接收线圈包括一圆形霍姆霍兹线圈。[0016] 在本发明的一个实施例中，所述激励线圈产生的非线性、非均匀的激励磁场为余弦振荡激励磁场。[0017] 在本发明的一个实施例中，所述数据成像单元包括信号校正子单元、信号特征提取子单元、一维数据重建子单元和二维数据重建子单元，其中，[0018] 所述信号校正子单元，用于对所述数据采集单元采集的每个数据采集点对应的感应电压信号进行校正处理；[0019] 所述信号特征提取子单元，还用于从校正处理后的感应电压信号中提取对应的目标采集数据；所述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；[0020] 所述一维数据重建子单元，用于根据所述目标采集数据，以及系统矩阵，重建得到对应数据采集点的一维磁粒子浓度空间分布数据；其中，所述系统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信号的目标采集数据对应的空间分布；[0021] 所述二维数据重建子单元，用于根据每个数据采集点的一维空间分布数据，利用滤波反投影方法，重建得到所述成像目标的二维磁粒子浓度空间分布数据。[0022] 在本发明的一个实施例中，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；[0023] 所述信号校正子单元包括第一信号校正模块、磁场校正模块和第二信号校正模块，其中，[0024] 所述第一信号校正模块用于根据所述信号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；[0025] 所述磁场校正模块，用于根据所述信号的半值全宽对所述非线性、非均匀的激励磁场进行校正；[0026] 所述第二信号校正模块，用于在校正后的非线性、非均匀的激励磁场的作用下，根据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，以及根据校正后的非线性、非均匀的激励磁场对所述系统矩阵进行校正；[0027] 其中，校正后的系统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。[0028] 在本发明的一个实施例中，所述数据成像单元还包括弛豫反卷积模块；[0029] 所述弛豫反卷积模块，用于在校正后的非线性、非均匀的激励磁场的作用下，对所述数据采集单元采集的每个数据采集点对应的感应电压信号进行反卷积校正处理；[0030] 所述信号校正子单元，还用于对反卷积校正处理后的感应电压信号进行校正处理。[0031] 在本发明的一个实施例中，所述一维数据重建子单元中，根据所述目标采集数据，以及系统矩阵，重建得到对应数据采集点的一维磁粒子浓度空间分布数据公式表示为：[0032] c＝g‑1u；[0033] 其 中 ，i0,i1,…,iN+1表示在平板结构内的激励线圈101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；具体u表示每个数据采集点对应的目标采集数据，元素u(in)表示在给激励线圈施加电流in时所采集获取的目标采集数据；g表示系统矩阵，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。[0034] 在本发明的一个实施例中，所述二维数据重建子单元中，利用滤波反投影方法重建得到所述成像目标的二维磁粒子浓度空间分布数据基于的数学原理是拉东变换。[0035] 在本发明的一个实施例中，还包括成像目标承载装置，用于承载所述成像目标；[0036] 所述成像目标承载装置内部并行有多个矩形的屏蔽线圈；其中，当所述二维磁粒子成像系统工作时，与所述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。[0037] 在本发明的一个实施例中，所述激励磁场的磁场强度为15mT～30mT时，对应的扫描视野达到50cm。[0038] 本发明的有益效果：[0039] 本发明提出的二维磁粒子成像系统，平板结构中的激励线圈和接收线圈以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，螺旋形移动过程中均包括多个数据采集点，在每个数据采集点上，对平板结构中的激励线圈施加的电流幅度逐步增加或减小，由此产生非线性、非均匀的激励磁场。[0040] 基于该非线性、非均匀的激励磁场，本发明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，平板结构中的激励线圈和接收线圈，以成像目标在激励线圈和接收线圈所在平面的投影位置为中心做由内到外的螺旋形移动，以及对平板结构中的激励线圈施加不同的电流，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；其中，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，改变激励线圈中的电流，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，由此便实现了二维的全空间编码。[0041] 基于以上扫描方式，本发明提供的二维磁粒子成像系统进行磁粒子成像无需设置磁场自由区；无需对磁场自由区进行位置变更；每次采集的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能够匹配人体尺寸大小。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。[0042] 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，本发明中所涉及的扫描步进包括电流幅度调整的步进以及螺旋形移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。[0043] 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系统，可以扩展到临床人体扫描。[0044] 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[0045] 图1是传统磁粒子成像对应的磁场分布情况示意图；[0046] 图2是本发明实施例提供的一种二维磁粒子成像系统的结构示意图；[0047] 图3a～图3b是本发明实施例提供的平板结构的结构示意图；[0048] 图4是本发明实施例提供的二维磁粒子成像系统中数据成像单元的结构示意图；[0049] 图5是本发明实施例提供的数据成像单元中信号校正子单元的结构示意图；[0050] 图6是本发明实施例提供的二维磁粒子成像系统中又一种数据成像单元的结构示意图；[0051] 图7是本发明实施例提供的经弛豫卷积校正处理后的效果示意图；[0052] 图8是利用本发明实施例提供的二维磁粒子成像系统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。[0053] 附图标记说明：[0054] 10‑平板结构；20‑驱动扫描单元；30‑磁场激励单元；40‑数据采集单元；50‑数据成像单元；101‑激励线圈；102‑接收线圈；501‑信号校正子单元；502‑信号特征提取子单元；503‑一维数据重建子单元；504‑二维数据重建子单元；505‑弛豫反卷积子单元；5011‑第一信号校正模块；5012‑磁场校正模块；5013‑第二信号校正模块。具体实施方式[0055] 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。[0056] 实施例一[0057] 为了解决上述现有二维磁粒子成像系统存在的功耗大、空间分辨率低、重建图像模糊、视野小和难以扩展到临床人体扫描等问题，请参见图2，本发明实施例提出了一种二维磁粒子成像系统，平板结构10、驱动扫描单元、磁场激励单元、数据采集单元和数据成像单元，其中，[0058] 平板结构10与成像目标位置相对；平板结构10内置有激励线圈和接收线圈，接收线圈与成像目标位置相对，激励线圈和接收线圈之间位置相对；[0059] 驱动扫描单元，带动平板结构10内的激励线圈和接收线圈，以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；在螺旋形移动过程中包括多个数据采集点；[0060] 磁场激励单元，用于在每个数据采集点，一次或多次向平板结构10内的激励线圈施加交变电流产生不同的非线性、非均匀的激励磁场；其中，每次向平板结构10内的激励线圈施加的电流幅度逐步增加或减小；非线性、非均匀的激励磁场作用于激励线圈产生激励磁场；[0061] 数据采集单元，用于在每个数据采集点，采集平板结构10内的接收线圈上产生的感应电压信号；其中，感应电压信号在激励磁场的变化下产生；[0062] 数据成像单元，用于根据所有数据采集点对应的感应电压信号对成像目标进行磁粒子成像。[0063] 接下来，本发明实施例分别对上述每一单元进行详细的说明。[0064] 由上述分析，现有的二维磁粒子成像系统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由平板结构10、驱动扫描单元20、磁场激励单元30共同作用的方式，以产生非线性、非均匀的激励磁场，在该非线性、非均匀的激励磁场作用下，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，就可以产生感应电压信号，以供磁粒子成像。具体地：[0065] 平板结构10与成像目标位置相对，平板结构10内置有激励线圈101和接收线圈102，接收线圈102与成像目标位置相对，平板结构10内的激励线圈101和接收线圈102之间位置相对。激励线圈101用于在磁场激励单元30的作用下，产生非线性、非均匀的激励磁场；接收线圈102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。其中，成像目标携带有磁粒子。[0066] 请参见图3a～图3b，本发明实施例示例性的给出了平板结构10的结构示意图：平板结构10均为圆柱形平板；对应的平板结构10内的激励线圈101和接收线圈102：激励线圈101包括一圆形霍姆霍兹线圈、接收线圈102包括一圆形霍姆霍兹线圈。本发明实施例平板结构10可以如图3a所示位于成像目标的正上方，平板结构10可以如图3b所示位于成像目标的正下方，具体平板结构10的位置根据实际环境需要来进行设计，不局限于图3a和图3b给出的位置，比如也可以位于与成像目标同一水平位置的左侧或右侧等。其中，本发明实施例平板结构10可以通过一固定支撑件来固定其位置，但不局限于通过固定支撑件来固定，且也不局限于固定设置，也可以通过机械控制方式，调节平板结构10水平或垂直方向的位置。[0067] 本发明实施例平板结构10中接收线圈102产生的信号包括在多种非线性、非均匀的激励磁场的作用下，产生的多个感应电压信号。产生信号过程中，由驱动扫描单元20带动平板结构10内的激励线圈101和接收线圈102，以成像目标在激励线圈101和接收线圈102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，移动轨迹形成螺旋状，每次移动相当于调控了激励线圈101和接收线圈102的空间姿态。移动过程中，平板结构10内激励线圈101和接收线圈102可以做由内向外逆时针的螺旋形移动，也可以做由内向外顺时针的螺旋形移动。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，这样平板结构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。[0068] 本发明实施例驱动扫描单元20可以内置于平板结构10；对应平板结构10内的激励线圈101和接收线圈102分别固定在驱动扫描单元20上，由驱动扫描单元20带动平板结构10内的激励线圈101和接收线圈102以投影位置为中心点做圆周运动形成螺旋形轨迹。驱动扫描单元20也可以独立电连接平板结构10，同样可以实现由驱动扫描单元20带动平板结构10内的激励线圈101和接收线圈102以投影位置为中心点做圆周运动形成螺旋形轨迹。[0069] 本发明实施例驱动扫描单元20可以包括：硬件驱动模块和软件控制模块；该硬件驱动模块在该软件控制模块的控制下，带动平板结构10内的激励线圈101和接收线圈102以投影位置为中心点做圆周运动形成螺旋形轨迹。[0070] 在实际应用中，软件控制模块可以是运行在计算机上的控制程序；硬件驱动模块可以包括旋转器械以及可驱动该旋转器械进行运动、并与软件控制模块电连接的电驱动单元。其中，旋转器械可以包括一机械臂以及用于对激励线圈101和接收线圈102进行位置固定的机械结构，该机械结构在机械臂带动下进行运动。在本发明实施例中，可将二维磁粒子成像系统中集成的计算机称为中控计算机，该中控计算机所实现的功能并不局限于这里所说的软件控制模块，后续将会一一进行说明。[0071] 而针对平板结构10的结构特点，在每个数据采集点作用的非线性、非均匀的激励磁场通过磁场激励单元30产生，具体地：[0072] 当平板结构10内的激励线圈101和接收线圈102处于某个空间姿态，在每个数据采集点，一次或多次分别向平板结构10内的激励线圈101施加同向的交变电流产生非线性、非均匀的激励磁场；每次向平板结构10内的激励线圈101施加的电流幅度逐步增加或减小。对于每个数据采集点，当给激励线圈101施加同向电流幅度逐步增加或减小的交变电流时，在平板结构10内的激励线圈101产生的激励磁场呈线性降低分布状态，使该磁场分布沿着激励线圈101的轴向方向发生位置的偏移，由此可实现一维空间编码。[0073] 而当平板结构10内的激励线圈101和接收线圈102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。[0074] 对于每个数据采集点，本发明实施例一次或多次分别向平板结构10内的激励线圈101施加同向的交变电流产生非线性、非均匀的激励磁场。比如对每个数据采集点施加256次不同的同向交变电流，则平板结构10内的激励线圈101将会产生256*256*256次的非线性、非均匀的激励磁场，在每一非线性、非均匀的激励磁场的作用下，产生256*256*256个感应电压信号。将平板结构10内接收线圈102产生的256*256*256个感应电压信号用于做图像重建。优选，磁场激励单元30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。[0075] 在实际应用中，该电流激励装置30可以为数字交流电源。该数字交流电源可以集成有通信接口，从而通过通信总线与上述的中控计算机进行通信，以便在中控计算机的控制下，对激励线圈101施加各种幅度的电流。在另一种实现方式中，该电流激励装置30可以包括波形发生器及其对应的前端控制器，该波形发生器在该前端控制器的控制下对激励线圈101施加各种幅度的电流。可以理解的是，该前端控制器同样受中控计算机的控制。具体而言，波形发生器中将市电进行电压升高，对升高的交流电压进行整流变为直流电，再经过变频得到特定频率下的交变电流，该特定频率优选为3.0KHz～35KHz。前端控制器将中控计算机下达的扫描序列进行预驱动，进而进行功率驱动；功率驱动主要是在变频输出的高压控制下给激励线圈分配电流。此外，还可以通过一反馈回路将施加给激励线圈101的电流大小反馈到预驱动之前，从而形成闭环控制。[0076] 与图1对比可以看出，本发明磁场激励结构更为简单，在实际应用场景中更有采用价值。传统磁粒子成像中，需要在成像目标的四周同时进行激励线圈/接收线圈等布设才可以实现磁场自由区内磁粒子被激活，而本发明只需要在成像目标相对的某一位置，采用本发明采用平板结构10、驱动扫描单元20、磁场激励单元30共同作用的方式，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的磁场激励，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102所产生的感应电压信号，无需设置磁场自由区。[0077] 由平板结构10、驱动扫描单元20、磁场激励单元30共同作用产生感应电压信号后，数据采集单元40在每个数据采集点，采集平板结构10内的接收线圈102上产生的感应电压信号；其中，感应电压信号在激励磁场的变化下产生。具体地：[0078] 数据采集单元40，针对每个数据采集点，采集平板结构10内的接收线圈102上产生的感应电压信号，并采集的感应电压信号进行模数转化处理。对产生的感应信号进行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102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。[0079] 在实际应用中，数据采集装置40可以是一个集成有模数转换模块(Analog‑to‑DigitalConverter，简称ADC)的数据采集器，能够将接收线圈102上的感应电压信号转换为数字信号，以便后续进行成像处理。[0080] 数据成像单元50，用于根据所有数据采集点对应的感应电压信号对成像目标进行磁粒子成像。请参见图4，本发明实施例数据成像单元50包括信号校正子单元501、信号特征提取子单元502、一维数据重建子单元503和二维数据重建子单元504，具体地：[0081] 为了进一步提高磁粒子成像精度，本发明实施例增加了信号校正子单元501，信号校正子单元501，用于对数据采集单元采集的每个数据采集点对应的感应电压信号进行校正处理，具体是对每个感应电压信号对应的目标采集数据进行校正处理，此时的目标采集数据可以采用信号特征提取子单元502预先进行提取。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进行校正。具体地：[0082] 当目标采集数据包括信号的信号尖峰面积时，请参见图5，信号校正子单元501可以包括第一信号校正模块5011，第一信号校正模块5011用于根据信号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。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，则每次采集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，本发明实施例第一信号校正模块5011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的校正，以使最终提取的目标采集数据能够更佳准确。[0083] 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101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。[0084] 当目标采集数据还包括信号的半值全宽时，请再参见图5，本发明实施例信号校正子单元501还可以包括磁场校正模块5012和第二信号校正模块5013。其中，磁场校正模块5012，用于根据信号的半值全宽对非线性、非均匀的激励磁场进行校正；第二信号校正模块5013，用于在校正后的非线性、非均匀的激励磁场的作用下，根据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。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。[0085] 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，因此本发明实施例第二信号校正模块5013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。对于发现的异常磁场情况，通过磁场校正模块5012校正激励线圈101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，根据信号的半值全宽进行目标采集数据的校正，以使最终提取的目标采集数据能够更佳准确。[0086] 本发明实施例第二信号校正模块5013还用于根据校正后的非线性、非均匀的激励磁场对系统矩阵进行校正；其中，校正后的系统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。本发明实施例系统矩阵是预先通过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系统矩阵，根据校正后的系统矩阵来进行数据重建，提高数据重建的精度。[0087] 信号特征提取子单元502，用于从校正处理后的感应电压信号中提取对应的目标采集数据；目标采集数据包括信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量。这里是提取的是校正后的目标采集数据，校正后的目标采集数据对于数据重建更为准确。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。以磁场激励单元30施加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的尖峰幅值upeak与激励磁场的强度A成正比、与磁粒子浓度c成正比，信号的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：[0088][0089] 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P玻尔兹曼常数，T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102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。[0090][0091] 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。[0092] 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数据重建，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数据重建。[0093] 一维数据重建子单元503，用于根据目标采集数据，以及系统矩阵，重建得到对应数据采集点的一维磁粒子浓度空间分布数据。其中，系统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。本发明实施例在一维数据重建中，利用了与磁粒子浓度c相关的信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量进行数据重建。具体数据重建过程可用下式表示：[0094] c＝g‑1u(3)[0095] 公式(3)中，i0,i1,…,iN+1表示在平板结构10内的激励线圈101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101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，对应的一维数据重建中，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表示系统矩阵，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，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。[0096] 在实际应用中，若系统矩阵g不是很庞大，则可以直接按照上述公式(3)中所示的，‑1先对系统矩阵g进行求逆，再对求逆的系统矩阵g 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。若系统矩阵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。[0097] 需要说明的是，现有磁粒子成像(MagneticParticleImaging，简称MPI)系统也采用了系统矩阵进行磁粒子成像，但是其与本发明实施例提出的系统矩阵不同：现有二维磁粒子成像系统采用的系统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，系统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或3倍基频谐波分量，与现有MPI系统采用的系统矩阵不同。[0098] 同时利用尖峰幅值和3倍基频谐波分量进行成像时，分别采用公式(3)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。[0099] 二维数据重建子单元504，用于根据每个数据采集点的一维空间分布数据，利用滤波反投影方法，重建得到成像目标的二维磁粒子浓度空间分布数据。在实际应用中，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。[0100] 进一步地，请参见图6，本发明实施例数据成像单元50还包括弛豫反卷积子单元505；弛豫反卷积子单元505，用于在校正后的非线性、非均匀的激励磁场的作用下，对数据采集单元采集的每个数据采集点对应的感应电压信号进行反卷积校正处理；信号校正子单元501，还用于对反卷积校正处理后的感应电压信号进行校正处理。请参见图7，在数据重建过程中，通常会由于驰豫效应导致信号恶化。本发明实施例通过驰豫效应反卷积子单元505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，如图7圆圈所标示的信号形变。通过反卷积操作，可以对目标采集数据进行校正，减少信号恶化，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，再进行相关的校正和特征提取处理。[0101] 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505来减轻信号形变。[0102] 在实际应用中，数据成像单元50可以为运行在中控计算机上的图像成像处理程序模块。可以理解的是，本发明实施例中所说的中控计算机并不局限于一台实体计算机，实际中，实现图像成像处理以及上述实现线圈控制、电流控制等的程序模块可根据实体计算机的计算能力进行整合或划分，这都是可以的，本发明实施例不做限定。[0103] 在医学应用场景中，本发明实施例提供的二维磁粒子成像系统的中控计算机还可以通过医学数字成像和通信(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine，简称DICOM)接口与放射科信息系统(RadiographyInformationSystem，简称RIS)和图像归档和通讯系统(PictureArchiveandCommunicationSystem，简称PACS)互联通信。其中，通过DICOM接口可直接与激光相机相连，从而将磁粒子成像结果进行激光打印。[0104] 进一步地，本发明实施例二维磁粒子成像系统还包括成像目标承载装置，用于承载成像目标；成像目标承载装置内部并行有多个矩形的屏蔽线圈；其中，当二维磁粒子成像系统工作时，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。通常成像目标对应线圈为中心区域屏蔽线圈，其他线圈为外围区域屏蔽线圈。[0105] 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101激励。示例性的，当二维磁粒子成像系统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，当二维磁粒子成像系统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。[0106] 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，重新进行系统矩阵的测定，然后再重新进行扫描成像。[0107] 为了验证本发明实施例提出的二维磁粒子成像系统的有效性，通过以下实验进行说明。[0108] 平板结构10内的激励线圈101为一圆形霍姆霍兹线圈，激励线圈101的直径为40cm，厚度和宽度均为5cm，激励线圈101匝数为200匝，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25KHz～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101的电流改变次数为256次，平板结构10中激励线圈101的电流由20A开始增加，每次增加0.78A，共增加256次，直至40A(或平板结构10中激励线圈101的电流由40A开始降低，每次降低0.78A，共降低256次，直至20A)，使得磁场的形状和位置发生256次独立的变化。每次变化后的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轴向方向的一维/二维磁粒子浓度分布信息。[0109] 平板结构10内的接收线圈102为一圆形霍姆霍兹线圈，接收线圈102的直径为40cm，厚度和宽度均为5cm。激励线圈101与接收线圈102之间的间距为5cm，在平板结构10内紧靠在轴向方向的激励线圈101。[0110] 平板结构10位于成像目标的正上方时，一种可选方案：平板结构10为圆柱形平板，平板直径为120cm，厚度为40cm，驱动扫描单元20带动激励线圈101和接收线圈102以成像目标在激励线圈101和接收线圈102所在平面对应的投影位置为中心点做由内向外顺时针/逆时针螺旋形圆周移动，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；平板结构10位于成像目标的正下方时，另一种可选方案：平板结构10为圆柱形平板，平板直径为120cm，厚度为100cm，驱动扫描单元20带动激励线圈101和接收线圈102以成像目标在激励线圈101和接收线圈102所在平面对应的投影位置为中心点做由内向外顺时针/逆时针螺旋形圆周运移动，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101和接收线圈102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，在平板结构10内得到256*256*256的感应电压信号，通过平板结构10得到的感应电压信号进行图像重建。[0111] 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101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，用来饱和约束外围区域的磁粒子，避免产生干扰信号。[0112] 基于上述实验条件，采用本发明实施例提出的二维磁粒子成像系统进行图像重建，成像效果请参见图8所示。具体地：[0113] 图8中，图8上边为原始图像，图8下边左侧为原始图像的二维投影示意图，图8下边右侧为采用本发明磁粒子成像系统对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8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。[0114] 本发明实施例提供的二维磁粒子成像系统中，平板结构10中的激励线圈101和接收线圈102以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，螺旋形移动过程中均包括多个数据采集点，在每个数据采集点上，对平板结构10中的激励线圈101施加的电流幅度逐步增加或减小，由此产生非线性、非均匀的激励磁场。[0115] 基于该非线性、非均匀的激励磁场，本发明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，平板结构10中的激励线圈101和接收线圈102，以成像目标在激励线圈101和接收线圈102所在平面的投影位置为中心做由内到外的螺旋形移动，以及对平板结构10中的激励线圈101施加不同的电流，相当于平板结构10中的激励线圈101和接收线圈102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；其中，当平板结构10中的激励线圈101和接收线圈102处于某个空间姿态下时，改变激励线圈101中的电流，可以使磁场分布将沿着激励线圈101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10中的激励线圈101和接收线圈102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，由此便实现了二维的全空间编码。[0116] 基于以上扫描方式，本发明提供的二维磁粒子成像系统进行磁粒子成像无需设置磁场自由区；无需对磁场自由区进行位置变更；每次采集的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。[0117] 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，本发明中所涉及的扫描步进包括电流幅度调整的步进以及螺旋形移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。[0118] 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，利用系统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系统，可以扩展到临床人体扫描。[0119] 本发明实施例提供的二维磁粒子成像系统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系统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。[0120] 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。[0121] 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。[0122] 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。[0123] 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。

专利地区：陕西

专利申请日期：2022-01-25

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114403843B