[发明专利]基于谐波正交投影的磁粒子成像方法、系统、设备

权利要求书

1.一种基于谐波正交投影的磁粒子成像方法，应用于磁粒子成像装置，所述磁粒子成像装置包括永磁体对、扫描线圈组、样本移动床、图像重建装置；所述扫描线圈组包括两对环形扫描线圈对、两个圆筒形线圈；所述环形扫描线圈对中两个环形扫描线圈共轴且轴线正交；两个圆筒形线圈，一个为激励线圈，一个为接收线圈，同轴设置于两对环形扫描线圈对的包围空间；所述磁粒子成像装置以圆筒形线圈的轴线方向为方向、以圆筒形线圈的轴线的纵向为z方向；所述永磁体对设置于z方向的环形扫描线圈对与圆筒形线圈之间；其特征在于，该方法包括：

步骤S100，利用永磁体对构建梯度磁场，形成无磁场区域，并向两对环形扫描线圈对通入交变电流，产生扫描磁场；产生扫描磁场时，利用激励线圈对磁粒子进行激励，并利用接收线圈采集磁粒子时域信号；

步骤S200，将至少一个方向的扫描磁场的合成扫描路径进行网格离散化，每个离散网格对应一个成像体素；所述合成扫描路径指的是两个以上方向的扫描磁场同时工作时的扫描路径；

步骤S300，对采集到的磁粒子时域信号进行时频域变换，获取磁粒子信号在不同时刻下的瞬时谐波分量；

步骤S400，将所述瞬时谐波分量按照预设的时空编码规则进行时空投影，投影至对应的离散网格上，获得不同频率的谐波正交投影图像；

步骤S500，结合步骤S100-步骤S400的方法，构建小样本先验谐波正交投影图像；构建后，基于所述小样本先验谐波正交投影图像构造不同频率的投影卷积核；

步骤S600，利用不同频率的投影卷积核对步骤S400获取的不同频率的谐波正交投影图像进行反卷积处理，最终得到磁粒子的空间分布图像。

2.根据权利要求1所述的基于谐波正交投影的磁粒子成像方法，其特征在于，所述磁粒子时域信号，其采集方法为：

当两对环形扫描线圈对通入交变电流后，两个方向的扫描磁场同时施加且存在不同的频率或相位，无磁场点会沿着设定轨迹扫描在二维空间内进行快速扫描，经历时间T后遍历整个y-z平面二维空间；

在无磁场点扫描同时，利用激励线圈产生连续的高频激励磁场激发磁粒子的磁化响应信号，并利用接收线圈感应和采集磁化响应信号，即磁粒子时域信号。

3.根据权利要求2所述的基于谐波正交投影的磁粒子成像方法，其特征在于，所述时频域变换为分段傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换中的任一种。

4.根据权利要求3所述的基于谐波正交投影的磁粒子成像方法，其特征在于，获取磁粒子信号在不同时刻下的瞬时谐波分量，其方法为：

获取在整个y-z平面二维空间的扫描过程中产生的磁粒子时域信号的时间长度T以及待重建的磁粒子的空间分布图像设定的体素数量N，将磁粒子时域信号分为T/N段；

将每段磁粒子时域信号单独进行时频域变换，得到N组不同频率的瞬时谐波分量。

5.根据权利要求1所述的基于谐波正交投影的磁粒子成像方法，其特征在于，构建小样本先验谐波正交投影图像，其方法为：

在正式的扫描成像前，先将不大于待重建的磁粒子的空间分布图像的成像体素大小的磁粒子样本放入磁粒子成像装置的成像空间内；然后按照步骤S100-步骤S400方法执行，获取不同频率的谐波正交投影图像，作为小样本先验谐波正交投影图像。

6.根据权利要求4所述的基于谐波正交投影的磁粒子成像方法，其特征在于，基于所述小样本先验谐波正交投影图像构造不同频率的投影卷积核，其方法为：

根据成像空间和分辨率尺度要求，构造投影卷积核；

具体为：重建出的谐波正交投影图像可以看作是真实粒子分布ρ(y)与不同频率下的点扩散函数卷积得到的，三者有如下关系：

其中，t_n表示第n个时间点，y(t_n)表示第n个时间点FFP所在的空间坐标，f_k表示第k个频率，y表示真实粒子的分布坐标；

基于上述理论，所述构造投影卷积核的方法为：若期望分辨率是Pmm，则采用宽度不大于Pmm的小样本，也可称为最小单位体素，按照步骤S100-步骤S400方法，获得的正交谐波投影图像；根据上式可知，此时的就是由于是由最小单位体素对应的点扩散函数，因此称为投影卷积核。