【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁粒子成像领域，具体涉及了一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统及方法。
技术介绍
1、磁粒子成像（magnetic particle imaging, mpi）是一种非侵入性的成像技术，它使用超顺磁性纳米粒子（通常是铁氧体或铁酸盐纳米粒子）作为示踪剂。当这些粒子暴露在外部激励磁场中时，它们会产生特定的非线性磁响应信号，这些信号可以被mpi设备捕捉并通过成像算法转化为粒子分布的图像。
2、在mpi设备中，梯度线圈模块产生高强度的静磁场，激励线圈模块产生高频率的动态激励磁场。静磁场用于创建无磁场点（ffp）或者无磁场线（ffl）等无磁场区，而动态激励磁场则使ffp或ffl在扫描区域内移动，以便对整个区域进行成像。
3、在mpi成像过程中，通过动态移动无磁场区穿过被扫描对象，可以激发磁性粒子产生信号。这些信号随后被接收系统捕捉，并用于重构成像区域内磁纳米粒子的分布图。与点状的ffp不同，ffl是指在磁场中存在一条线，沿着这条线磁场强度为零或接近零。在使用ffl模式的mpi设备中（ffl-mpi），磁粒子的信号响应是沿着这条线上的磁粒子产生的，而不是集中在一个点上。因此，ffl技术能够在每次激励中覆盖更大的体积区域，从而提高成像的速度，是未来研究的重点方向。
4、在ffl-mpi中，ffl的产生和移动是实现全区域成像的关键步骤。通过对ffl的精确控制和移动，可以逐步扫描整个被扫描区域，并收集足够的数据来重构出整个区域的图像。目前产生和移动ffl的方法主要分为惯性机械移动式和零惯性扫描式
5、现有的电扫描式ffl-mpi技术面临着诸多问题，包括磁场梯度较低、磁场控制复杂度高以及成像空间受限等。
6、基于此，本专利技术提出了一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统及方法。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的上述问题，即磁场梯度较低、磁场控制复杂度高以及成像空间受限的问题，本专利技术提出了一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统及方法。
2、本专利技术第一方面，一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，包括：
3、磁场控制与成像模块，用于产生梯度磁场线圈组所需的第一电流和轴向激励磁场线圈所需的第二电流；
4、信号采集与输出模块，用于接收所述第一电流和所述第二电流，分别发送至激励功率放大器模块、梯度功率放大器模块；
5、激励功率放大器模块、梯度功率放大器模块，分别用于所述第一电流和所述第二电流的放大；
6、梯度磁场线圈组，用于接收放大后的第一电流，产生梯度磁场和无磁场线，并控制所述无磁场线的矢量方向以及成像平面的位置；
7、轴向激励磁场线圈，用于接收放大后的第二电流，驱动所述无磁场线沿成像平面的径向移动，并激励成像平面上的磁性纳米粒子产生非线性响应信号；
8、多轴检测线圈，用于接收所述非线性响应信号，并经过信号处理单元进行信号滤波放大，滤波放大后由信号采集与输出模块进行信号传输，返回磁场控制与成像模块，通过预设的算法重建，实现磁粒子成像。
9、进一步的，所述梯度磁场线圈组由至少两组圆周布置的梯度磁场线圈对构成，每组梯度磁场线圈对是沿轴向方向对称分布的两个梯度磁场线圈对组成，每个梯度磁场线圈对由径向对称的两个梯度磁场线圈构成；
10、每一组所述梯度磁场线圈对用于产生一个不同方向的无磁场线；
11、每一个梯度磁场线圈对中的两个梯度磁场线圈通入的电流方向相同，沿轴向方向分布的两个梯度磁场线圈对中，相邻的两个梯度磁场线圈通入的电流方向相反；
12、在沿轴向方向对称分布的两个梯度磁场线圈对之间，形成成像平面。
13、进一步的，当梯度磁场线圈对设置两组时，不同组的梯度磁场线圈对中，每一个梯度磁场线圈端面边缘线上任意一点距离轴线上同一点的距离相等。
14、进一步的，多组所述梯度磁场线圈对，以轴线为中心线，由内至外设置多层，每一层包括一组沿轴向方向分布的两个梯度磁场线圈对；
15、相邻两层中，外层的梯度磁场线圈包裹在内层的梯度磁场线圈的外侧；
16、当层数为2时，两层梯度磁场线圈对垂直设置；
17、当层数大于2时，每相邻两层的梯度磁场线圈对间隔设定角度设置；
18、其中，所述设定角度，n为层数。
19、进一步的，通过控制不同层的梯度磁场线圈对通入的电流比，控制所述无磁场线在成像平面内旋转的角度，从而实现所述无磁场线矢量方向的控制。
20、进一步的，通过控制沿轴向方向对称分布的两个梯度磁场线圈对之间通入的电流比，控制成像平面沿所述梯度磁场线圈的轴向方向移动。
21、进一步的，所述轴向激励磁场线圈同轴设置在最内层的梯度磁场线圈内。
22、进一步的，所述多轴检测线圈为同轴设置在激励磁场线圈内的多组马鞍形线圈，多组马鞍形线圈沿成像平面的周向方向均匀分布。
23、进一步的，所述梯度磁场线圈组中的每一个梯度磁场线圈均由litz线绕制、铜线绕制或空心铜管线圈绕制。
24、本专利技术另一方面，提出了一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像方法，基于一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，该方法包括如下步骤：
25、步骤s1，搭建所述零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，并向所述梯度磁场线圈组和所述轴向激励磁场线圈通入第一电流和第二电流；
26、步骤s2，基于磁场方向垂直分布的多组梯度磁场线圈产生梯度磁场及成像平面上的无磁场线；
27、步骤s3，根据无磁场线旋转与平移的控制策略，调整磁场梯度线圈通入的电流大小，使无磁场线在成像平面上移动；
28、步骤s4，基于轴向激励磁场线圈产生激励磁场，使无磁场线在成像平面中快速移动，激发磁粒子响应；
29、步骤s5，控制沿轴向方向对称分布的两个梯度磁场线圈对通入的电流比，控制成像平面沿所述梯度磁场线圈的轴向方向移动；
30、步骤s6，基于多轴检测线圈采集磁粒子的非线性响应信号，通过滤波放大后，利用磁场控制与成像模块中预设的重建算法进行磁粒子成像。
31、本专利技术的有益效果本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，所述梯度磁场线圈组由至少两组圆周布置的梯度磁场线圈对构成，每组梯度磁场线圈对是沿轴向方向对称分布的两个梯度磁场线圈对组成，每个梯度磁场线圈对由径向对称的两个梯度磁场线圈构成；
3.根据权利要求2所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，当梯度磁场线圈对设置两组时，不同组的梯度磁场线圈对中，每一个梯度磁场线圈端面边缘线上任意一点距离轴线上同一点的距离相等。
4.根据权利要求2所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，多组所述梯度磁场线圈对，以轴线为中心线，由内至外设置多层，每一层包括一组沿轴向方向分布的两个梯度磁场线圈对；
5.根据权利要求2所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，通过控制不同层的梯度磁场线圈对通入的电流比，控制所述无磁场线在成像平面内旋转的角度，从而实现所述无磁场线矢量方向的控制。
6.根据权利要求2所述的一种零惯性聚
7.根据权利要求1所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，所述轴向激励磁场线圈同轴设置在最内层的梯度磁场线圈内。
8.根据权利要求1所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，所述多轴检测线圈为同轴设置在激励磁场线圈内的多组马鞍形线圈，多组马鞍形线圈沿成像平面的周向方向均匀分布。
9.根据权利要求1所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，所述梯度磁场线圈组中的每一个梯度磁场线圈均由litz线绕制、铜线绕制或空心铜管线圈绕制。
10.一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像方法，基于权利要求1-9任一项所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，该方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，所述梯度磁场线圈组由至少两组圆周布置的梯度磁场线圈对构成，每组梯度磁场线圈对是沿轴向方向对称分布的两个梯度磁场线圈对组成，每个梯度磁场线圈对由径向对称的两个梯度磁场线圈构成；
3.根据权利要求2所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，当梯度磁场线圈对设置两组时，不同组的梯度磁场线圈对中，每一个梯度磁场线圈端面边缘线上任意一点距离轴线上同一点的距离相等。
4.根据权利要求2所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，多组所述梯度磁场线圈对，以轴线为中心线，由内至外设置多层，每一层包括一组沿轴向方向分布的两个梯度磁场线圈对；
5.根据权利要求2所述的一种零惯性聚磁环无磁场线磁粒子成像系统，其特征在于，通过控制不同层的梯度磁场线圈对通入的电流比，控制所述无磁场线在成像平面内旋转的角度，从而...
【专利技术属性】
技术研发人员：田捷，陈梓威，李怡濛，安羽，张浩然，卞忠伟，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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