CN113397521A - 螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法、系统、设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法、系统、设备，旨在解决三维磁粒子成像方法难以实现超长大尺寸目标成像及成像需要对每个扫描视野内获取多个投影断层图，导致成像时间过长的问题。本方法包括形成无磁场区域；对电磁感应信号进行预处理，得到单张投影图；通过采样定理，计算磁粒子成像装置旋转一圈进行三维重建所需要的最少投影数以及完成一个投影所需时间；计算螺旋扫描的最大螺距；利用插值法对螺旋扫描轨迹中获取的各单张投影图之间所缺失的投影数据进行补全；对投影断层数据进行滤波反投影重建。本发明实现了超长大尺寸目标的三维磁粒子成像，并减少了成像时投影断层图的数量，缩短了成像时间。
Description
技术领域
本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法、系统、设备。
背景技术
在生物医学成像检测中，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。此外，三维磁粒子成像需要对每个扫描视野内获取多个投影断层图，大大增加了成像时间。针对上述磁粒子成像在全身成像和快速成像方面的局限。基于此，本发明提出了一种螺旋扫描的三维磁粒子断层重建方法。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的三维磁粒子成像方法难以实现超长大尺寸目标成像以及成像时需要对每个扫描视野内获取多个投影断层图，导致成像时间过长的问题，本发明第一方面，提出了一种螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法，应用于磁粒子成像装置，所述磁粒子成像装置包括磁体组、感应线圈、成像床、控制与成像装置；所述磁体组包括两对环形磁体对、一个圆筒形磁体；所述环形磁体对中两个环形磁体共轴且轴线正交；所述圆筒形磁体设置于两对环形磁体对的包围空间；该方法包括以下步骤：
S10，基于磁体组构建梯度磁场，并形成无磁场区域；
S20，将无磁场区域投影到笛卡尔坐标平面内并在平面进行栅格扫描，得到电磁感应信号；对所述电磁感应信号进行预处理，得到单张投影图；
S30，结合单张投影图，通过采样定理，计算所述磁粒子成像装置三维断层重建所需要的最少投影数；并根据磁体组的成像视野大小和无磁场区域的扫描轨迹，计算出完成一个投影所需时间；
S40，控制磁体组或无磁场区域进行旋转，对成像床上设置的被扫描对象进行螺旋扫描；在螺旋扫描过程中，基于成像床的移动速度、投影图在移动床平移方向的宽度，结合最少投影数以及完成一个投影所需的时间，计算螺旋扫描的最大螺距；
S50，根据所述最大螺距，利用插值法对螺旋扫描轨迹中获取的各单张投影图之间所缺失的投影数据进行补全，得到完整的投影断层数据；
S60，对所述完整的投影断层数据进行滤波反投影重建，获得三维重建图像。
在一些优选的实施方式中，“对所述电磁感应信号进行预处理，得到单张投影图”，其方法为：将所述电磁感应信号进行去噪和滤波放大，得到单张投影图。
在一些优选的实施方式中，所述采样定理为奈奎斯特采样定理。
在一些优选的实施方式中，“控制磁体组或无磁场区域进行旋转，对成像床上设置的被扫描对象进行螺旋扫描”，其方法为：
通过所述控制与成像装置控制成像床，沿着垂直于扫描面的轴的方向进行平移，将被扫描对象送入圆筒形磁体中的设定位置，同时控制磁体组或无磁场区域进行旋转，形成螺旋扫描；所述扫描面为以垂直于两对环形磁体对的轴线构成的平面。
在一些优选的实施方式中，所述最大螺距，其计算方法为：
Lproj＝Nproj*tproj*V*D
其中，Lproj表示最大螺距，Nproj表示最少投影数，tproj表示磁粒子成像系统完成一个投影所需的时间，V表示成像床的移动速度，D表示单张投影图在成像床的平移方向的宽度。
在一些优选的实施方式中，“根据所述最大螺距，利用插值法对螺旋扫描轨迹中获取的各单张投影图之间所缺失的投影数据进行补全，得到完整的投影断层数据”，其方法为：
所述螺旋扫描轨迹与任意垂直旋转轴Z轴平面只有一个交点，通过对位置Z处重建平面相邻2组投影数据进行插值，补全重建所需的投影数据P(θ)：
P(θ)＝ω1P1(θ)ω2P2(θ)
其中，θ表示投影角度，
为位置Z1处投影数据P1的权重，
为位置Z2处投影数据P2的权重，Z2-Z1为最大螺距。
本发明的第二方面，提出了一种螺旋扫描磁粒子投影断层成像系统，该系统包括：无磁场区域形成模块、信号获取模块、采样模块、螺距计算模块、投影数据处理模块、三维重建模块；
所述无磁场区域形成模块，配置为基于磁体组构建梯度磁场，并形成无磁场区域；
所述信号获取模块，配置为将无磁场区域投影到笛卡尔坐标平面内并在平面进行栅格扫描，得到电磁感应信号；对所述电磁感应信号进行预处理，得到单张投影图；
所述采样模块，配置为结合单张投影图，通过采样定理，计算所述磁粒子成像装置三维断层重建所需要的最少投影数；并根据磁体组的成像视野大小和无磁场区域的扫描轨迹，计算出完成一个投影所需时间；
所述螺距计算模块，配置为控制磁体组或无磁场区域进行旋转，对成像床上设置的被扫描对象进行螺旋扫描；在螺旋扫描过程中，基于成像床的移动速度、投影图在移动床平移方向的宽度，结合最少投影数以及完成一个投影所需的时间，计算螺旋扫描的最大螺距；
所述投影数据处理模块，配置为根据所述最大螺距，利用插值法对螺旋扫描轨迹中获取的各单张投影图之间所缺失的投影数据进行补全，得到完整的投影断层数据；
所述三维重建模块，配置为对所述完整的投影断层数据进行滤波反投影重建，获得三维重建图像。
本发明的第三方面，提出了一种设备，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上述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法。
本发明的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，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上述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法。
本发明的有益效果：
本发明实现了超长大尺寸目标的三维磁粒子成像，并减少了成像时投影断层图的数量，缩短了成像时间。
本发明通过旋转无磁场区域，同时平移被扫描对象实现螺旋扫描。在螺旋扫描过程中，磁粒子成像装置所形成的无磁场区域投影到笛卡尔坐标平面内，并在平面进行栅格扫描，获得电磁感应信号后进行去噪和滤波放大，形成单张投影图。并根据奈奎斯特采样确定旋转一圈所需最少投影数，以及单张投影图在平移方向的宽度和平移台速度，确定螺旋扫描的最大螺距。基于最大螺距，利用插值法弥补螺旋扫描中间缺失的数据，最后通过滤波反投影方法进行图像三维重建，实现对大尺寸目标的全身快速成像，并减少了成像时投影断层图的数量，缩短了成像时间。
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螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法的流程示意图；
图2是本发明一种实施例的螺旋扫描磁粒子投影断层成像系统的框架示意图；
图3是本发明一种实施例的螺旋扫描磁粒子投影断层成像的工作示意图；
图4是本发明一种实施例的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法的具体工作示意图；
图5是本发明一种实施例的磁体组产生的无磁场区域和投影断层扫描示意图；
图6是本发明一种实施例的螺旋扫描断层投影插值方法的示意图；
图7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。
本发明的一种螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法，应用于磁粒子成像装置，所述磁粒子成像装置包括磁体组、感应线圈、成像床、控制与成像装置；所述磁体组包括两对环形磁体对、一个圆筒形磁体；所述环形磁体对中两个环形磁体共轴且轴线正交；所述圆筒形磁体设置于两对环形磁体对的包围空间；该方法包括以下步骤：
S10，基于磁体组构建梯度磁场，并形成无磁场区域；
S20，将无磁场区域投影到笛卡尔坐标平面内并在平面进行栅格扫描，得到电磁感应信号；对所述电磁感应信号进行预处理，得到单张投影图；
S30，结合单张投影图，通过采样定理，计算所述磁粒子成像装置三维断层重建所需要的最少投影数；并根据磁体组的成像视野大小和无磁场区域的扫描轨迹，计算出完成一个投影所需时间；
S40，控制磁体组或无磁场区域进行旋转，对成像床上设置的被扫描对象进行螺旋扫描；在螺旋扫描过程中，基于成像床的移动速度、投影图在移动床平移方向的宽度，结合最少投影数以及完成一个投影所需的时间，计算螺旋扫描的最大螺距；
S50，根据所述最大螺距，利用插值法对螺旋扫描轨迹中获取的各单张投影图之间所缺失的投影数据进行补全，得到完整的投影断层数据；
S60，对所述完整的投影断层数据进行滤波反投影重建，获得三维重建图像。
为了更清晰地对本发明螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法进行说明，下面结合附图对本发明方法一种实施例中各步骤进行展开详述。
1、磁粒子成像装置
如图3所示，磁粒子成像装置包括磁体组(11、21、31、41)、感应线圈、成像床310、控制与成像装置；还包括控制装置320，显示装置330，图像处理装置340。图3中的300为被扫描对象。
磁体组包括两对环形磁体对(如图4中的11、21)、一个圆筒形磁体(如图4中的31、41，其中，31表示驱动线圈组、41表示接收线圈组)；所述环形磁体对中两个环形磁体共轴；两对所述环形磁体对的轴线正交；所述圆筒形磁体设置于两对所述环形磁体对的包围空间，所述圆筒形磁体的轴线过两对所述环形磁体对的轴线正交点，且垂直于两对所述环形磁体对的轴线构成的平面；磁体组通过两组正交梯度磁场产生无磁场线，通过交变磁场移动无磁场线。
控制与成像装置，用于按照设定的控制指令控制两对所述环形磁体对、所述圆筒形磁体的磁场变化，实现所产生的无磁场线转动和/或平移，以及对所述成像床上设置的被扫描目标的三维扫描；还用于依据感应磁场在所述感应线圈中产生的电流信号进行磁性粒子成像；
其中，所述无磁场线以垂直于两对环形磁体对的轴线构成的平面的转动形成扫描面，并以垂直于所述扫描面的轴的移动，实现三维扫描。
感应线圈为一对环形感应线圈，分别平行设置于任一环形磁体对的两个环形磁体外侧；所述控制与成像装置与所述感应线圈通连接以获取其所产生的电流信号。
2、螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法
本发明通过将磁粒子成像磁体组或选择场形成的无磁场区域进行旋转，同时平移被扫描对象实现螺旋扫描，形成螺旋扫描的磁粒子成像系统，实现被测对象的全身快速扫描与图像三维重建。具体过程如下：
S10，基于磁体组构建梯度磁场，并形成无磁场区域；
在本实施例中，通过磁体组(两对环形磁体对11、21、圆筒形磁体31、41)，构建梯度磁场(如图5a中的80)，并形成无磁场区域FTR(如图5a中的81)。
S20，将无磁场区域投影到笛卡尔坐标平面内并在平面进行栅格扫描，得到电磁感应信号；对所述电磁感应信号进行预处理，得到单张投影图；
在本实施例中，将无磁场区域81投影到笛卡尔坐标平面内并在平面进行栅格扫描，得到电磁感应信号；对电磁感应信号进行去噪和滤波放大，形成单张投影图。
S30，结合单张投影图，通过采样定理，计算所述磁粒子成像装置三维断层重建所需要的最少投影数；并根据磁体组的成像视野大小和无磁场区域的扫描轨迹，计算出完成一个投影所需时间；
在本实施例中，结合单张投影图，根据奈奎斯特等采样定理，确定磁粒子成像系统三维断层重建所需要的最少投影数(即对待扫描对象进行三维断层重建时旋转一周所需的最少投影数)。并根据磁体组成像视野大小和无磁场区域的扫描轨迹，计算出完成一个投影所需时间。
S40，控制磁体组或无磁场区域进行旋转，对成像床上设置的被扫描对象进行螺旋扫描；在螺旋扫描过程中，基于成像床的移动速度、投影图在移动床平移方向的宽度，结合最少投影数以及完成一个投影所需的时间，计算螺旋扫描的最大螺距；
在本实施例中，通过控制与成像装置控制成像床310，沿着垂直于扫描面(扫描面为以垂直于两对环形磁体对的轴线构成的平面)的轴40(即图4中的Z轴)的方向进行平移，将被扫描对象送入成像舱内(即圆筒形磁体的设定位置)，同时控制磁体组(11、21、31)或无磁场区域81进行旋转，让其沿预设的轨迹扫描(110)，形成投影目标视野FOV(50)，接收线圈41同时记录FOV内感应电压随时间变化产生的信号，形成螺旋扫描，得到螺旋扫描轨迹60。图4中的24是螺旋旋转方向。
在螺旋扫描过程中，基于成像床的移动速度、投影图在移动床平移方向的宽度，结合最少投影数以及完成一个投影所需的时间，确定螺旋扫描的最大螺距。具体计算如公式(1)所示：
Lproj＝Nproj*tproj*V*D (1)
其中，Lproj表示最大螺距，Nproj表示最少投影数，tproj表示磁粒子成像系统完成一个投影所需的时间，V表示成像床的移动速度，D表示单张投影图在成像床的平移方向的宽度。
S50，根据所述最大螺距，利用插值法对螺旋扫描中获取的单张投影图的投影数据进行补全，得到完整的投影断层数据；
在本实施例中，通过插值对螺旋扫描轨迹中的投影图70之间的位置弥补投影数据71，插值后形成完整的投影断层数据，如图6所示。具体过程如下：
所述螺旋扫描轨迹与任意垂直旋转轴Z轴平面只有一个交点，通过对位置Z处重建平面相邻2组投影数据进行插值，补全重建所需的投影数据P(θ)：
P(θ)＝ω1P1(θ)+ω2P2(θ) (2)
其中，θ表示投影角度，
为位置Z1处投影数据P1的权重，
为位置Z2处投影数据P2的权重，Z2-Z1为最大螺距。
S60，对所述完整的投影断层数据进行滤波反投影重建，获得三维重建图像。
在本实施例中，通过图像处理装置340对形成的投影断层数据，利用滤波反投影方法对完整投影断层数据进行三维图像重建；最后将三维重建结果显示在330上。
本发明第二实施例的一种螺旋扫描磁粒子投影断层成像系统，如图2所示，具体包括以下模块：数据获取模块100、预处理模块200、矩阵构建模块300、状态检测模块400、触发报警模块500；
所述无磁场区域形成模块100，配置为基于磁体组构建梯度磁场，并形成无磁场区域；
所述信号获取模块200，配置为将无磁场区域投影到笛卡尔坐标平面内并在平面进行栅格扫描，得到电磁感应信号；对所述电磁感应信号进行预处理，得到单张投影图；
所述采样模块300，配置为结合单张投影图，通过采样定理，计算所述磁粒子成像装置三维断层重建所需要的最少投影数；并根据磁体组的成像视野大小和无磁场区域的扫描轨迹，计算出完成一个投影所需时间；
所述螺距计算模块400，配置为控制磁体组或无磁场区域进行旋转，对成像床上设置的被扫描对象进行螺旋扫描；在螺旋扫描过程中，基于成像床的移动速度、投影图在移动床平移方向的宽度，结合最少投影数以及完成一个投影所需的时间，计算螺旋扫描的最大螺距；
所述投影数据处理模块500，配置为根据所述最大螺距，利用插值法对螺旋扫描轨迹中获取的各单张投影图之间所缺失的投影数据进行补全，得到完整的投影断层数据；
所述三维重建模块600，配置为对所述完整的投影断层数据进行滤波反投影重建，获得三维重建图像。
所述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，上述实施例提供的螺旋扫描磁粒子投影断层成像系统，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。
本发明第三实施例的一种设备，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上述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法。
本发明第四实施例的一种计算机可读存储介质，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上述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法。
所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到，未描述的方便和简洁，上述描述的设备、计算机可读存储介质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7，其示出了适于用来实现本申请方法、系统、装置实施例的服务器的计算机系统的结构示意图。图7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7所示，计算机系统包括中央处理单元(CPU，Central Processing Unit)701，其可以根据存储在只读存储器(ROM，Read Only Memory)702中的程序或者从存储部分708加载到随机访问存储器(RAM，Random Access Memory)703中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 703中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU701、ROM702以及RAM703通过总线704彼此相连。输入/输出(I/O，Input/Output)接口705也连接至总线704。
以下部件连接至I/O接口705：包括键盘、鼠标等的输入部分706；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707；包括硬盘等的存储部分708；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709。通讯部分709经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器710也根据需要连接至I/O接口705。可拆卸介质711，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710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708。
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709从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质711被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU701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作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)
1.一种螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法，应用于磁粒子成像装置，所述磁粒子成像装置包括磁体组、感应线圈、成像床、控制与成像装置；所述磁体组包括两对环形磁体对、一个圆筒形磁体；所述环形磁体对中两个环形磁体共轴且轴线正交；所述圆筒形磁体设置于两对环形磁体对的包围空间；其特征在于，该方法包括以下步骤：
S10，基于磁体组构建梯度磁场，并形成无磁场区域；
S20，将无磁场区域投影到笛卡尔坐标平面内并在平面进行栅格扫描，得到电磁感应信号；对所述电磁感应信号进行预处理，得到单张投影图；
S30，结合单张投影图，通过采样定理，计算所述磁粒子成像装置三维断层重建所需要的最少投影数；并根据磁体组的成像视野大小和无磁场区域的扫描轨迹，计算出完成一个投影所需时间；
S40，控制磁体组或无磁场区域进行旋转，对成像床上设置的被扫描对象进行螺旋扫描；在螺旋扫描过程中，基于成像床的移动速度、投影图在移动床平移方向的宽度，结合最少投影数以及完成一个投影所需的时间，计算螺旋扫描的最大螺距；
S50，根据所述最大螺距，利用插值法对螺旋扫描轨迹中获取的各单张投影图之间所缺失的投影数据进行补全，得到完整的投影断层数据；
S60，对所述完整的投影断层数据进行滤波反投影重建，获得三维重建图像。
2.根据权利要求1所述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法，其特征在于，“对所述电磁感应信号进行预处理，得到单张投影图”，其方法为：将所述电磁感应信号进行去噪和滤波放大，得到单张投影图。
3.根据权利要求1所述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法，其特征在于，所述采样定理为奈奎斯特采样定理。
4.根据权利要求3所述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法，其特征在于，“控制磁体组或无磁场区域进行旋转，对成像床上设置的被扫描对象进行螺旋扫描”，其方法为：
通过所述控制与成像装置控制成像床，沿着垂直于扫描面的轴的方向进行平移，将被扫描对象送入圆筒形磁体中的设定位置，同时控制磁体组或无磁场区域进行旋转，形成螺旋扫描；所述扫描面为以垂直于两对环形磁体对的轴线构成的平面。
5.根据权利要求4所述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法，其特征在于，所述最大螺距，其计算方法为：
Lproj＝Nproj*tproj*V*D
其中，Lproj表示最大螺距，Nproj表示最少投影数，tproj表示磁粒子成像系统完成一个投影所需的时间，V表示成像床的移动速度，D表示单张投影图在成像床的平移方向的宽度。
6.根据权利要求1所述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法，其特征在于，“根据所述最大螺距，利用插值法对螺旋扫描轨迹中获取的各单张投影图之间所缺失的投影数据进行补全，得到完整的投影断层数据”，其方法为：
所述螺旋扫描轨迹与任意垂直旋转轴Z轴平面只有一个交点，通过对位置Z处重建平面相邻2组投影数据进行插值，补全重建所需的投影数据P(θ)：
P(θ)＝ω1P1(θ)+ω2P2(θ)
其中，θ表示投影角度，
为位置Z1处投影数据P1的权重，
为位置Z2处投影数据P2的权重，Z2-Z1为最大螺距。
7.一种螺旋扫描磁粒子投影断层成像系统，其特征在于，该系统包括：无磁场区域形成模块、信号获取模块、采样模块、螺距计算模块、投影数据处理模块、三维重建模块；
所述无磁场区域形成模块，配置为基于磁体组构建梯度磁场，并形成无磁场区域；
所述信号获取模块，配置为将无磁场区域投影到笛卡尔坐标平面内并在平面进行栅格扫描，得到电磁感应信号；对所述电磁感应信号进行预处理，得到单张投影图；
所述采样模块，配置为结合单张投影图，通过采样定理，计算所述磁粒子成像装置三维断层重建所需要的最少投影数；并根据磁体组的成像视野大小和无磁场区域的扫描轨迹，计算出完成一个投影所需时间；
所述螺距计算模块，配置为控制磁体组或无磁场区域进行旋转，对成像床上设置的被扫描对象进行螺旋扫描；在螺旋扫描过程中，基于成像床的移动速度、投影图在移动床平移方向的宽度，结合最少投影数以及完成一个投影所需的时间，计算螺旋扫描的最大螺距；
所述投影数据处理模块，配置为根据所述最大螺距，利用插值法对螺旋扫描轨迹中获取的各单张投影图之间所缺失的投影数据进行补全，得到完整的投影断层数据；
所述三维重建模块，配置为对所述完整的投影断层数据进行滤波反投影重建，获得三维重建图像。
8.一种设备，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任一项所述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法。
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任一项所述的螺旋扫描磁粒子投影断层成像方法。
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