[发明专利]基于前向模型的磁粒子成像系统矩阵图像重建方法及系统

权利要求书

1.一种基于前向模型的磁粒子成像系统矩阵图像重建方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S10，获取磁粒子成像系统的外加激励磁场强度，起始磁矩矢量，磁粒子直径、旋磁比、阻尼系数和动态粘度系数，并构建单个磁粒子在外加激励磁场下的响应函数，获得单个磁粒子的磁矩矢量；

所述单个磁粒子在外加激励磁场下的响应函数，其公式表示为：

其中，代表t时刻、位置r处的单个磁粒子的磁矩矢量；代表外加激励磁场的磁感应强度；m₀代表起始磁矩矢量；γ代表磁粒子的旋磁比；α代表磁粒子的阻尼系数；其中，代表磁粒子的粒子体积，d为磁粒子直径，η代表磁粒子的动态粘度系数；p₁+p₂＝1，p₁代表磁粒子发生奈尔旋转的概率，p₂代表磁粒子发生布朗旋转的概率；

步骤S20，基于所述单个磁粒子的磁矩矢量、外加激励磁场强度，采用郎之万函数构建多个磁粒子在外加激励磁场下的响应函数，获得多个磁粒子的磁矩矢量；

步骤S30，基于所述多个磁粒子的磁矩矢量，通过法拉第电磁感应定律获取磁粒子浓度c下的多个磁粒子在检测线圈中产生的感应电压，并进行感应电压的滤波和放大；

步骤S40，将滤波和放大后的感应电压离散为多个位置系统函数与对应磁粒子浓度乘积和的形式，获得磁粒子成像系统前向模型的系统矩阵；

步骤S50，基于所述磁粒子成像系统前向模型的系统矩阵，利用测量获取的输出电压，对待测的磁粒子浓度分布进行求解，获得磁粒子浓度分布作为重建图像。

2.根据权利要求1所述的基于前向模型的磁粒子成像系统矩阵图像重建方法，其特征在于，所述多个磁粒子在外加激励磁场下的响应函数，其公式表示为：

其中，μ₀代表真空磁导率，k_B是玻尔兹曼常数，T是温度，H是外加激励磁场的磁场强度，c(r)是位置r处的磁粒子浓度，M(H,t,r)代表t时刻、位置r处的多个磁粒子在外加激励磁场的磁场强度H下的响应的平均磁矩矢量。

3.根据权利要求2所述的基于前向模型的磁粒子成像系统矩阵图像重建方法，其特征在于，所述感应电压，为将检测线圈输出电压去除由时变激励场激发的产生的电压获得的由多个磁粒子激发产生的电压；

所述检测线圈输出电压，其计算方法为：

u(t,r)＝u_p(t,r)+u_E(t,r)

其中，u(t,r)代表检测线圈输出电压，u_p(t,r)代表t时刻、位置r处的由多个磁粒子激发产生的电压，u_E(t,r)代表t时刻、位置r处的由时变激励场激发的产生的电压；

其中，c(r)代表位置r处的磁粒子浓度，object代表检测线圈区域，p(r)代表检测线圈的灵敏度。

4.根据权利要求3所述的基于前向模型的磁粒子成像系统矩阵图像重建方法，其特征在于，步骤S30中进行感应电压的滤波和放大，其方法为：

U(f,r)＝u_p(f,r)·G(f)

其中，U(f,r)为滤波和放大后的感应电压，u_p(f,r)为将u_p(t,r)通过傅里叶变换到频域获取的频域感应电压，G(f)为滤波放大电路的传递函数。

5.根据权利要求1所述的基于前向模型的磁粒子成像系统矩阵图像重建方法，其特征在于，步骤S40包括：

步骤S41，将滤波和放大后的感应电压离散为多个位置系统函数与对应磁粒子浓度乘积和的形式，获得离散感应电压；

步骤S42，将所述离散感应电压所有位置的系统函数组合得到磁粒子成像系统前向模型的系统矩阵。