CN113331812A - 面向全身的三维磁粒子成像方法、系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种面向全身的三维磁粒子成像方法、系统及设备，旨在解决磁粒子成像无法同时全身成像的问题。本发明通过将单组磁粒子成像系统进行耦合，形成阵列式磁粒子成像系统，将成像视野从局部扩展到全身尺寸。信号采集过程中，对全身磁粒子成像系统中的每组磁体激励和接收线圈进行同步，获得的电磁感应信号后进行去噪和滤波放大，利用解卷积或者正则化方法进行图像重建，拼接所有成像视野中重建的图像，最终得到了磁粒子在全身的三维分布图像，实现对观测对象的全身成像，具有较高的检查和诊断精确度。
Description
技术领域
本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种面向全身的三维磁粒子成像方法、系统及设备。
背景技术
在生物医学成像检测中，活体无创观测生物活体的解剖结构、功能代谢及分子细胞活动一直是前沿研究热点和发展方向。现有的医学影像技术如CT，MRI，SPECT，光学等方法具有各自的技术和应用瓶颈，如光学成像受限于成像深度、磁共振成像受限于成像灵敏度、核素成像受限于电离辐射和成像分辨率。因此，亟需一种具有大深度、高灵敏、无辐射等特点的新型成像技术，来满足对肿瘤及病灶在分子细胞水平的活体成像和精准定量观测的需求。
近年来，一种全新的基于超顺磁氧化铁纳米颗粒(SPIONs)的成像方式——磁粒子成像技术(MPI)被提出。该技术利用磁纳米粒子在高梯度磁场内无磁场空间的非线性响应再磁化原理来高灵敏定量获取磁纳米粒子在生物体内的三维浓度分布，具有三维成像、高时空分辨率和高灵敏度的特点。此外，MPI不显示解剖结构并且无背景信号干扰，因此信号的强度与示踪剂的浓度直接成正比，是一种颇具医学应用潜力的新成像方法。
目前的MPI系统大多是通过构建无磁场区域(Field Free Region，FFR)，即无磁场点(FFP)或无磁场线(FFL)，通过高灵敏线圈接收FFR区域内磁纳米粒子的磁化响应信号，并通过对FFR扫描轨迹进行空间编码并在此基础上进行图像重建。然而，由于MPI成像需要高梯度场保证FFR之外磁纳米粒子处于磁饱和状态，因此MPI成像视野通常小于十几厘米，无法满足全身尺寸视野成像，特别是对于大尺寸成像对象。基于此，本发明提出了面向全身的三维磁粒子成像方法与系统，通过将单组磁粒子成像系统进行耦合，形成阵列式磁粒子成像系统，将成像视野从局部扩展到全身尺寸，每组产生FFR和移动FFR的磁体之间设置电磁屏蔽；采用同步时钟对每组磁粒子成像系统的磁体激励和采集线圈进行同步采集，获得的电磁感应信号通过去噪后，利用解卷积或者正则化方法进行图像重建，最终得到了磁粒子在全身的三维分布图像，从而实现了对感兴趣区域的全身成像。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中磁粒子成像无法同时全身成像的问题，本发明第一方面，提出了一种面向全身的三维磁粒子成像方法，该方法包括以下步骤：
步骤S100，根据被测对象尺寸，构建MPI成像系统，所述MPI成像系统包括沿被测对象长度方向同轴设置的多个MPI成像单元和控制器，各MPI成像单元分别通过通信链路与所述控制器通信连接；
步骤S200，待被测对象进入MPI成像系统的成像舱内后，所述控制器通过分别调整各MPI成像单元的电磁磁场强度，以改变各MPI成像单元的无磁场区域的位置，以使得各无磁场区域分别沿预设的轨迹扫描各MPI成像单元的目标场；
步骤S300，获取各目标场内感应电压随时间变化产生的第一数据信号；
步骤S400，分别对各第一数据信号进行滤波，去除MPI成像单元中驱动线圈产生的干扰信号和噪声信号，并对滤波后的数据信号进行放大得到第二数据信号；
步骤S500，将所述第二数据信号由时域转换为频域，并基于预设的处理方法分别进行三维图像重建，得到多个重建图像块；
步骤S600，根据各所述重建图像块之间的相对位置关系，对各所述重建图像块进行拼接，获取被测对象全身尺寸的三维重建结果。
在一些优选技术方案中，所述MPI成像单元包括三组同轴间隔设置的电磁线圈对和接收线圈组，三组所述电磁线圈对分别沿三个正交方向分布，且三组电磁线圈对的轴线交于一点，以该点为原点，三组所述电磁线圈对的轴线方向分别为x轴、y轴和z轴，所述接收线圈组为一对环形感应线圈，分别平行设置于任一组电磁线圈对的外侧；所述控制器与所述接收线圈组通信连接以获取其所产生的电流信号。
在一些优选技术方案中，所述MPI成像单元还包括圆筒形磁体，所述圆筒形磁体设置于三组所述电磁线圈对的包围空间内，所述圆筒形磁体具有容纳空间，各所述圆筒形磁体的容纳空间共同构成所述MPI成像系统的成像舱，所述成像舱用于容纳并承载被测对象。
在一些优选技术方案中，所述MPI成像系统还包括成像床和成像床移动装置，所述成像床用于承载被测对象，所述控制器通过控制所述成像床移动装置以驱动所述成像床带动被测对象进入MPI成像系统的成像舱内。
在一些优选技术方案中，步骤S300中“获取各目标场内感应电压随时间变化产生的第一数据信号”的方法为通过所述接收线圈组获取。
在一些优选技术方案中，所述预设的处理方法为反卷积或正则化方法。
本发明的第二方面，提出了一种面向全身的三维磁粒子成像系统，该系统包括同轴设置的多个MPI成像单元、成像床和电控单元，所述电控单元分别通过通讯链路与各所述MPI成像单元通信连接；
所述MPI成像单元包括两对电磁线圈对、圆筒形磁体、驱动线圈组和接收线圈组；所述电磁线圈对中的两个电磁线圈共轴，两对所述电磁线圈对的轴线正交；所述圆筒形磁体设置于两对所述电磁线圈对的包围空间内，所述圆筒形磁体的轴线过两对所述电磁线圈对的轴线正交点，且垂直于两对所述电磁线圈对的轴线构成的平面，各所述MPI成像单元的圆筒形磁体同轴设置；所述驱动线圈组包括两个同轴间隔设置的驱动线圈，所述驱动线圈组的轴线与两对所述电磁线圈对的轴线彼此正交；所述接收线圈组为一对环形感应线圈，分别平行设置于任一组电磁线圈对的外侧；
所述电控单元，配置为控制各所述MPI成像单元的两对所述电磁线圈对构建梯度磁场并形成无磁场区域；待所述成像床进入到所述圆筒形磁体中设定位置时，所述电控单元按照设定的控制指令改变所述MPI成像单元电磁磁场强度以改变无磁场区域的位置，使其分别沿预设的轨迹扫描各MPI成像单元的目标场，并获取各目标场内感应电压随时间变化产生的第一数据信号，分别对各第一数据信号进行滤波，去除MPI成像单元中驱动线圈产生的干扰信号和噪声信号，并对滤波后的数据信号进行放大得到第二数据信号，将所述第二数据信号由时域转换为频域，并基于预设的处理方法分别进行三维图像重建，得到多个重建图像块，根据各所述重建图像块之间的相对位置关系，对各所述重建图像块进行拼接，获取被测对象全身尺寸的三维重建结果。
本发明的第三方面，提出了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的面向全身的三维磁粒子成像方法。
本发明的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的面向全身的三维磁粒子成像方法。
本发明的有益效果：
本发明通过将单组磁粒子成像系统进行耦合，形成阵列式磁粒子成像系统，将成像视野从局部扩展到全身尺寸。信号采集过程中，对全身磁粒子成像系统中的每组磁体激励和接收线圈进行同步，获得的电磁感应信号后进行去噪和滤波放大，利用解卷积或者正则化方法进行图像重建，拼接所有成像视野中重建的图像，最终得到了磁粒子在全身的三维分布图像，实现对观测对象的全身成像，具有较高的检查和诊断精确度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所做的对非限制性实施例所做的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明一种实施例的面向全身的三维磁粒子成像方法的流程示意图；
图2是本发明一种实施例的面向全身的三维磁粒子成像系统的结构示例图；
图3是本发明一种实施例的MPI成像单元产生的无磁场区域和梯度场的示例图；
图4是本发明一种实施例的面向全身的三维磁粒子成像系统的工作示意图；
图5是本发明一种实施例的适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的一种面向全身的三维磁粒子成像方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S100，根据被测对象尺寸，构建MPI成像系统，所述MPI成像系统包括沿被测对象长度方向同轴设置的多个MPI成像单元和控制器，各MPI成像单元分别通过通信链路与所述控制器通信连接；
步骤S200，待被测对象进入MPI成像系统的成像舱内后，所述控制器通过分别调整各MPI成像单元的电磁磁场强度，以改变各MPI成像单元的无磁场区域的位置，以使得各无磁场区域分别沿预设的轨迹扫描各MPI成像单元的目标场；
步骤S300，获取各目标场内感应电压随时间变化产生的第一数据信号；
步骤S400，分别对各第一数据信号进行滤波，去除MPI成像单元中驱动线圈产生的干扰信号和噪声信号，并对滤波后的数据信号进行放大得到第二数据信号；
步骤S500，将所述第二数据信号由时域转换为频域，并基于预设的处理方法分别进行三维图像重建，得到多个重建图像块；
步骤S600，根据各所述重建图像块之间的相对位置关系，对各所述重建图像块进行拼接，获取被测对象全身尺寸的三维重建结果。
本发明建立了面向全身尺寸的磁粒子成像方法与系统。该方法采用有助于通过全身磁粒子图像对检测目标进行整体分析，有效提高诊断和检测的精确性
为了更清晰地对本发明面向全身的三维磁粒子成像方法进行说明，下面结合附图对本发明方法实施例中各步骤展开详述。
步骤S100，根据被测对象尺寸，构建MPI成像系统。MPI成像系统包括沿被测对象长度方向设置的多个MPI成像单元和控制器，各MPI成像单元分别通过通信链路与所述控制器通信连接。具体而言，MPI成像单元包括三组电磁线圈对和接收线圈组，每组电磁线圈对中的线圈均同轴间隔设置，三组电磁线圈对分别沿三个正交方向分布，且三组电磁线圈对的轴线交于一点，以该点为原点100，三组电磁线圈对的轴线方向分别为x轴20、y轴30和z轴40，接收线圈组为一对环形感应线圈，分别平行设置于任一组电磁线圈对的外侧；控制器与接收线圈组通信连接以获取其所产生的电流信号。
更进一步地，MPI成像单元包括两对电磁线圈对，如图2所示分别为第一电磁线圈对11和第二电磁线圈对21，圆筒形磁体、驱动线圈组31和接收线圈组41；每个电磁线圈对中均包括两个电磁线圈且两个电磁线圈共轴，第一电磁线圈对11和第二电磁线圈对21的轴线正交；，圆筒形磁体的轴线过第一电磁线圈对11轴线与第二电磁线圈对21轴线的正交点，且垂直于第一电磁线圈对11轴线和第二电磁线圈对21轴线构成的平面；进一步地，MPI成像系统中各MPI成像单元的圆筒形磁体同轴设置并彼此连通；驱动线圈组31包括两个同轴间隔设置的驱动线圈，驱动线圈组31的轴线、第一电磁线圈对11的轴线、第二电磁线圈对21的轴线三者彼此正交且均相交于一点；即以该点为原点，驱动线圈组31的轴线为x轴、第一电磁线圈对11的轴线为y轴和第二电磁线圈对21的轴线为z轴；圆筒形磁体设置于第一电磁线圈对11、第二电磁线圈对21和驱动线圈组31的包围空间内，接收线圈组41为一对环形感应线圈，分别平行设置于第一电磁线圈对11的外侧，或者第二电磁线圈对21的外侧。优选地，本申请接收线圈组41设置于第二电磁线圈对21的外侧。
更进一步地，参阅附图2，本申请的MPI成像系统包括若干个并行设置的MPI成像单元，即各MPI成像单元的第一电磁线圈对分别平行间隔设置，并且各MPI成像单元的第二线圈对彼此连接，接收线圈组为一组，设置于整体MPI成型系统第二线圈对的两端。圆筒形磁体具有容纳空间，各圆筒形磁体的容纳空间共同构成MPI成像系统的成像舱，成像舱用于容纳并承载被测对象。本申请MPI成像单元通过第一电磁线圈对11和第二电磁线圈对21构件选择梯度磁场80，并形成无磁场区域81即FFR区域，具体参阅图3。需要说明的是，无磁场区域81位于成像舱内部。
步骤S200，待被测对象进入MPI成像系统的成像舱内后，控制器通过分别调整各MPI成像单元的电磁磁场强度，以改变各MPI成像单元的无磁场区域的位置，以使得各无磁场区域分别沿预设的轨迹扫描各MPI成像单元的目标场50，即FOV；
具体地，参阅图4，本申请系统还包括成像床310和成像床移动装置，成像床310用于承载被测对象300，控制器320通过控制成像床移动装置以驱动成像床310带动被测对象300进入MPI成像系统的成像舱内。
步骤S300，获取各目标场50内感应电压随时间变化产生的第一数据信号；优选地，获取第一数据信号是通过接收线圈组41获取，各MPI成像单元同时分别获取各自目标场内的第一数据信号而后发送至控制器。
步骤S400，通过控制器分别对各第一数据信号进行滤波，去除MPI成像单元中驱动线圈产生的干扰信号以及线圈产生的噪声信号，并对滤波后的数据信号进行放大得到第二数据信号；
步骤S500，将获取的第二数据信号由时域转换为频域，并基于预设的处理方法分别进行三维图像重建，得到多个重建图像块；在一些优选实施例中，预设的处理方法为反卷积或正则化方法。优选地，本申请采用系统矩阵方法，即基于正则化方法约束的最小二乘形式，minE(x)＝||Ax-b||+lambda||x||逼近最优解。
反卷积方法为维纳滤波(Winer Filter)，即以最小平方为最优解，通过最小二乘法实现最优，为常用滤波方法。在本申请的优选实施例中，解卷积的目标函数为磁纳米粒子的PSF函数，一般情况被认为可以用朗之万函数的导数作为近似，其公式为M(H)＝1/H^2-1/sinh(H)^2。
步骤S600，通过并行计算方法对每一组线圈目标场内的信号进行三维重建，最后通过图像拼接方法获得最终全身尺寸的三维重建结果。具体地，即根据各重建图像块之间的相对位置关系，对各重建图像块进行拼接，获取被测对象全身尺寸的三维重建结果330。
本发明第二实施例的一种面向全身的三维磁粒子成像系统，该系统包括同轴设置的多个MPI成像单元、成像床和电控单元，电控单元分别通过通讯链路与各MPI成像单元通信连接；
MPI成像单元包括两对电磁线圈对、圆筒形磁体、驱动线圈组和接收线圈组；电磁线圈对中的两个电磁线圈共轴，两对所述电磁线圈对的轴线正交；圆筒形磁体设置于两对电磁线圈对的包围空间内，圆筒形磁体的轴线过两对电磁线圈对的轴线正交点，且垂直于两对电磁线圈对的轴线构成的平面，各MPI成像单元的圆筒形磁体同轴设置；驱动线圈组包括两个同轴间隔设置的驱动线圈，驱动线圈组的轴线与两对电磁线圈对的轴线彼此正交，驱动线圈组的轴线过两对电磁线圈对的轴线正交点；接收线圈组为一对环形感应线圈，分别平行设置于任一组电磁线圈对的外侧；优选地，本实施例面向全身的三维磁粒子成像系统中的MPI成像单元即为上述实施例中的MPI成像单元，本申请的电控单元即为上述实施例中的控制器。
电控单元，配置为控制各MPI成像单元的两对电磁线圈对构建梯度磁场并形成无磁场区域；待成像床进入到圆筒形磁体中设定位置时，电控单元按照设定的控制指令改变MPI成像单元电磁磁场强度以改变无磁场区域的位置，使其分别沿预设的轨迹扫描各MPI成像单元的目标场即FOV，并获取各目标场内感应电压随时间变化产生的第一数据信号，分别对各第一数据信号进行滤波，去除MPI成像单元中驱动线圈产生的干扰信号和噪声信号，并对滤波后的数据信号进行放大得到第二数据信号，将所述第二数据信号由时域转换为频域，并基于预设的处理方法分别进行三维图像重建，得到多个重建图像块，根据各所述重建图像块之间的相对位置关系，对各所述重建图像块进行拼接，获取被测对象全身尺寸的三维重建结果。预设的处理方法为反卷积或正则化方法。附图4示意的本申请面向全身的三维磁粒子成像系统的示例图，本实施例可灵活根据被测对象的尺寸设置，具体地，被测对象总长度与每个MPI成像单元目标场FOV的长度即可获取本系统所需MPI成像单元的数量，本系统工作过程如下：
步骤A1：通过并行构建多组电磁线圈对，构建选择梯度磁场，并形成FFR区域，以及驱动线圈组和接收线圈组；
步骤A2：通过控制器驱动成像床将被测对象送入成像舱内，控制改变电磁磁场强度，改变FFR区域的位置，让其沿预设的轨迹扫描每组磁体模组的目标场；
步骤A3：接收线圈组同时记录每个目标场内感应电压随时间变化产生的信号；
步骤A4：通过电控系统对信号进行滤波，去除驱动线圈所产生的干扰信号以及线圈产生的噪声信号，并对滤波后的信号进行放大；
步骤A5：将获取的时域信号变换为频域信号，利用反卷积或者正则化方法对信号进行图像重建；
步骤A6：通过并行计算方法对每一组线圈FOV内的信号进行三维重建，最后通过图像拼接方法获得最终全身尺寸的三维重建结果。
所属技术领域的技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统具体的工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，上述实施例提供的面向全身的三维磁粒子成像系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定
本发明第四实施例，提出了一种设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的面向全身的三维磁粒子成像方法。
本发明第四实施例，提出了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的面向全身的三维磁粒子成像方法。
所属技术领域的技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实例中的对应过程，在此不再赘述。
下面参考图5，其示出了适于用来实现本申请方法、系统、设备实施例的服务器的计算机系统的结构示意图。图5示出的服务器仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，计算机系统包括中央处理单元(CPU，Central Processing Unit)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM，Read Only Memory)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM，Random Access Memory)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM603中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM 602以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O，Input/Output)接口605也连接至总线604。
以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT，Cathode Ray Tube)、液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN(局域网，Local AreaNetwork)卡、调制解调器等的网络接口卡的通讯部分609。通讯部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通讯部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU601执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种面向全身的三维磁粒子成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S100，根据被测对象尺寸，构建MPI成像系统，所述MPI成像系统包括沿被测对象长度方向同轴设置的多个MPI成像单元和控制器，各MPI成像单元分别通过通信链路与所述控制器通信连接；
步骤S200，待被测对象进入MPI成像系统的成像舱内后，所述控制器通过分别调整各MPI成像单元的电磁磁场强度，以改变各MPI成像单元的无磁场区域的位置，以使得各无磁场区域分别沿预设的轨迹扫描各MPI成像单元的目标场；
步骤S300，获取各目标场内感应电压随时间变化产生的第一数据信号；
步骤S400，分别对各第一数据信号进行滤波，去除MPI成像单元中驱动线圈产生的干扰信号和噪声信号，并对滤波后的数据信号进行放大得到第二数据信号；
步骤S500，将所述第二数据信号由时域转换为频域，并基于预设的处理方法分别进行三维图像重建，得到多个重建图像块；
步骤S600，根据各所述重建图像块之间的相对位置关系，对各所述重建图像块进行拼接，获取被测对象全身尺寸的三维重建结果。
2.根据权利要求1所述的面向全身的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述MPI成像单元包括三组同轴间隔设置的电磁线圈对和接收线圈组，三组所述电磁线圈对分别沿三个正交方向分布，且三组电磁线圈对的轴线交于一点，以该点为原点，三组所述电磁线圈对的轴线方向分别为x轴、y轴和z轴，所述接收线圈组为一对环形感应线圈，分别平行设置于任一组电磁线圈对的外侧；所述控制器与所述接收线圈组通信连接以获取其所产生的电流信号。
3.根据权利要求2所述的面向全身的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述MPI成像单元还包括圆筒形磁体，所述圆筒形磁体设置于三组所述电磁线圈对的包围空间内，所述圆筒形磁体具有容纳空间，各所述圆筒形磁体的容纳空间共同构成所述MPI成像系统的成像舱，所述成像舱用于容纳并承载被测对象。
4.根据权利要求3所述的面向全身的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述MPI成像系统还包括成像床和成像床移动装置，所述成像床用于承载被测对象，所述控制器通过控制所述成像床移动装置以驱动所述成像床带动被测对象进入MPI成像系统的成像舱内。
5.根据权利要求2所述的面向全身的三维磁粒子成像方法，其特征在于，步骤S300中“获取各目标场内感应电压随时间变化产生的第一数据信号”的方法为通过所述接收线圈组获取。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的面向全身的三维磁粒子成像方法，其特征在于，所述预设的处理方法为反卷积或正则化方法。
7.一种面向全身的三维磁粒子成像系统，其特征在于，该系统包括同轴设置的多个MPI成像单元、成像床和电控单元，所述电控单元分别通过通讯链路与各所述MPI成像单元通信连接；
所述MPI成像单元包括两对电磁线圈对、圆筒形磁体、驱动线圈组和接收线圈组；所述电磁线圈对中的两个电磁线圈共轴，两对所述电磁线圈对的轴线正交；所述圆筒形磁体设置于两对所述电磁线圈对的包围空间内，所述圆筒形磁体的轴线过两对所述电磁线圈对的轴线正交点，且垂直于两对所述电磁线圈对的轴线构成的平面，各所述MPI成像单元的圆筒形磁体同轴设置；所述驱动线圈组包括两个同轴间隔设置的驱动线圈，所述驱动线圈组的轴线与两对所述电磁线圈对的轴线彼此正交；所述接收线圈组为一对环形感应线圈，分别平行设置于任一组电磁线圈对的外侧；
所述电控单元，配置为控制各所述MPI成像单元的两对所述电磁线圈对构建梯度磁场并形成无磁场区域；待所述成像床进入到所述圆筒形磁体中设定位置时，所述电控单元按照设定的控制指令改变所述MPI成像单元电磁磁场强度以改变无磁场区域的位置，使其分别沿预设的轨迹扫描各MPI成像单元的目标场，并获取各目标场内感应电压随时间变化产生的第一数据信号，分别对各第一数据信号进行滤波，去除MPI成像单元中驱动线圈产生的干扰信号和噪声信号，并对滤波后的数据信号进行放大得到第二数据信号，将所述第二数据信号由时域转换为频域，并基于预设的处理方法分别进行三维图像重建，得到多个重建图像块，根据各所述重建图像块之间的相对位置关系，对各所述重建图像块进行拼接，获取被测对象全身尺寸的三维重建结果。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现权利要求1-6中任一项所述的面向全身的三维磁粒子成像方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现权利要求1-6中任一项所述的面向全身的三维磁粒子成像方法。
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