CN114431850A - 一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备，包括：一对发射线圈、一对接收线圈、电流激励装置、扫描驱动装置、数据采集装置及成像处理装置；扫描驱动装置带动线圈沿圆周轨迹运动；每个圆周轨迹包括多个停留点位；电流激励装置用于当线圈停在停留点位时，向发射线圈施加电流，一个发射线圈中的电流幅度逐步增加，另一个同步减小，电流幅度每调整一次经历半个余弦振荡周期；数据采集装置在每半个余弦振荡周期内采集接收线圈的感应电压，作为采集的信号；成像处理装置根据圆周轨迹内各停留点位上所采集信号的目标特征，为成像目标进行磁粒子浓度空间分布成像。本发明具有较大的成像视野和较高的图像空间分辨率，可用于人体临床扫描成像。

Description

一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备

技术领域

本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备。

背景技术

临床医学成像技术主要分为两类：一类是结构成像，一类是功能成像。其中，结构成像主要是显示出人体内部的器官和组织结构，成像方法有超声，磁共振成像，CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)等。功能成像是显示出血管、器官、组织和细胞的功能，成像方法有DSA(Digital Subtraction Angiography，数字减影血管造影)、PET(Positron Emission Computed Tomography，正电子发射型计算机断层显像)、SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography，单光子发射计算机断层成像术)以及CTA(CT angiography，CT血管造影)等技术。

医学功能成像通常需要往生物体注射示踪剂。示踪剂如果本身带有放射性，可以直接用探测器进行成像，如PET和SPECT技术。示踪剂如果本身不带放射性(如含碘的造影剂)，则必须需要通过X光扫描进行成像，如CTA和DSA技术。因此，无论示踪剂是否带有放射性，这两类成像方式都不可避免地对病患和医生造成一定的电离辐射危害。

磁粒子成像是一种没有电离辐射的功能成像技术。磁粒子是超顺磁性氧化铁纳米颗粒，其尺寸范围为10nm～60nm。磁粒子通过肝脏进行代谢，对肾脏没有负担，是一种更为安全的示踪剂。并且，磁粒子成像不使用X光实现成像，没有电离辐射的危害。

磁粒子成像的基本原理是成像目标内分布的磁粒子可随外部激励磁场的变化产生出高频的谐波信号；通过接收线圈采集这些信号，利用图像重建的方法便可以得到磁粒子浓度的空间分布图像，该图像便可显示出成像目标的内部影像。

现有的磁粒子成像技术需要逐点检测或逐线检测成像目标内部的磁粒子浓度信息。为了得到这些特定的点或线处的磁粒子浓度信息，需要采用梯度线圈产生一个磁场自由区，该磁场自由区可以是一个点区域(磁场自由点)，也可以是一根线(磁场自由线)。磁场自由区内的磁粒子被额外的激励磁场驱动着产生高频的谐波信号，对接收线圈的感应电压产生贡献，而磁场自由区外面的磁粒子被强磁场束缚住，不能被激励磁场驱动，对接收线圈的感应电压则没有贡献。这样，每次采集的信号只来源于当前位置的磁场自由区，信号强度仅取决于当前磁场自由区内的磁粒子浓度。

然而，改变磁场自由区的位置需要借助额外的聚焦场或驱动场，使得整个成像设备规模和功耗都比较大。并且，为了提高成像图像的分辨率，需要磁场自由区足够小，这就需要大功率器件来产生足够大的电流来产生大的梯度场；此外，磁场自由区越小，对整个成像目标进行成像就需要采集更多的点，导致扫描时间变长，而扫描时间的增加又增大了磁粒子的弛豫效应，使得磁场自由区的移动发生滞后和延迟，造成最终的成像图像变得模糊。以上种种因素，使得现有磁粒子成像技术在20cm的视野下，图像分辨率只能达到5mm，目前仅能应用于老鼠般大小的目标的成像。而对人体目标进行成像的扫描视野通常需要20cm～50cm，现有的磁粒子成像技术无法做到。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备，包括：一对发射线圈、一对接收线圈、电流激励装置、扫描驱动装置、数据采集装置以及成像处理装置；其中，

所述发射线圈和所述接收线圈均为圆形霍姆霍兹线圈；两个所述发射线圈的位置相对，两个所述接收线圈分别靠近两个所述发射线圈对称放置，四个所述圆形霍姆霍兹线圈的轴向方向重合，形成位置相对的两组收发线圈；

所述扫描驱动装置，用于带动所述两组收发线圈沿一个或多个圆周轨迹进行运动；其中，每个所述圆周轨迹均以成像目标的中心为圆心、且以所述两组收发线圈的间距为直径；每个圆周轨迹内的运动过程均包括多个停留点位；

所述电流激励装置，用于当所述两组收发线圈停在每个停留点位时，向两个所述发射线圈施加同向交变电流以产生非均匀、非线性空间变化的激励磁场，其中，一个所述发射线圈中的电流幅度按照预设的步进逐步增加，另一个所述发射线圈中的电流幅度同步减小，电流幅度每调整一次经历半个余弦振荡周期；

所述数据采集装置，用于在每半个余弦振荡周期内连续多次采集两个所述接收线圈上的感应电压，作为该半个余弦振荡周期内采集的信号；

所述成像处理装置，用于根据至少一个圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征，为所述成像目标进行磁粒子成像。

可选地，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量。

可选地，所述成像处理装置，具体用于：

根据至少一个圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征和系统矩阵，利用图像重建的方法为所述成像目标进行磁粒子成像；

其中，所述系统矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在所述激励磁场作用下所产生信号的目标特征的空间分布。

可选地，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量；所述至少一个圆周轨迹，包括：一目标圆周轨迹；

所述成像处理装置，包括：信号特征提取模块、数据重建模块以及二维图像重建模块；

所述信号特征提取模块，用于提取所述目标圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征；

所述数据重建模块，用于根据每个停留点位上的目标特征以及所述系统矩阵，重建出对应于该停留点位的、包含所述成像目标的磁粒子浓度信息的一维投影分布数据；

所述二维图像重建模块，用于根据所述目标圆周轨迹内各个停留点位上的一维投影分布数据，利用滤波反投影重建的方法，重建出所述成像目标沿成像方向投影的二维磁粒子浓度分布图像；其中，所述成像方向垂直于所述目标圆周轨迹所在的平面。

可选地，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量；所述多个圆周轨迹包括：所在的平面平行于三维坐标系下的第一平面的第一圆周轨迹、所在的平面与所述第一平面之间有夹角的第二圆周轨迹、所在的平面与三维坐标系下的第二平面之间有夹角的第三圆周轨迹，以及所在的平面与所述第一平面、所述第二平面均有夹角的第四圆周轨迹；其中，所述第一平面为三维坐标系下的XY平面、YZ平面或者XZ平面，所述第二平面为所述XY平面、所述YZ平面以及所述XZ平面三者中非所述第一平面的任一平面；

所述成像处理装置，包括：信号特征提取模块、数据重建模块、二维图像重建模块以及层析合成模块；

所述信号特征提取模块，用于针对每个圆周轨迹，提取该圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征；

所述数据重建模块，用于针对每个圆周轨迹内的每个停留点位，根据该停留点位上的目标特征以及所述系统矩阵，重建出对应于该停留点位的、包含所述成像目标的磁粒子浓度信息的一维投影分布数据；

所述二维图像重建模块，用于针对每个圆周轨迹，根据该圆周轨迹内各个停留点位的一维投影分布数据，利用滤波反投影重建的方法，重建出所述成像目标沿对应的成像方向投影的二维磁粒子浓度分布图像；其中，每个圆周轨迹对应的成像方向垂直于该圆周轨迹所在的平面；

所述层析合成模块，用于根据所述成像目标沿各成像方向的二维磁粒子浓度分布图像，利用层析合成的方法，重建出所述成像目标在三维空间的磁粒子浓度分布图像。

可选地，所述磁粒子成像设备还包括：载置台；

所述载置台，用于载置所述成像目标；

所述载置台的内部并行排列有多个矩形的屏蔽线圈；其中，当所述磁粒子成像设备工作时，与所述成像目标的位置上下对应的屏蔽线圈关闭，其余的屏蔽线圈通电开启。

可选地，所述磁粒子成像设备还包括：定位装置；

所述定位装置，用于对成像目标进行定位。

可选地，所述成像处理装置，还包括：驰豫效应反卷积模块；

所述驰豫效应反卷积模块，用于对所述数据采集装置所采集的信号进行反卷积处理，以减轻因磁粒子弛豫效应导致的信号形变。

可选地，所述信号特征提取模块，还用于提取所述数据采集装置所采集信号的信号面积，并根据所提取的信号面积对所提取的目标特征进行校正。

可选地，所述信号特征提取模块，还用于提取所述数据采集装置所采集信号的半值全宽；

所述成像处理装置，还包括：激励磁场监控模块；

所述磁场监控模块，用于对所述信号特征提取模块所提取的半值全宽进行统计，以在当发现半值全宽存在异常时，输出激励磁场异常提示。

可选地，所述激励磁场的强度为10mT～30mT。

可选地，每个圆周轨迹内的运动过程包括：均分该圆周轨迹的半周的181个停留点位。

本发明的有益效果：

本发明提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备中，两组收发线圈沿不同的圆周轨迹做运动，这些圆周轨迹均以成像目标的中心为圆心、且以这两组收发线圈的间距为直径，每个圆周轨迹下的运动过程均包括多个停留点位，收发线圈组停在每个停留点位上时，一个发射线圈中的电流幅度逐步增加，另一个发射线圈中的电流幅度同步减小，且电流幅度每调整一次经历半个余弦振荡周期，由此产生的非均匀、非线性空间变化的激励磁场可沿各线圈的轴向分量先线性降低后线性增加，呈“V”形分布；基于该激励磁场，本发明对成像目标所在的全空间中的磁粒子进行磁场激励，全空间中的所有磁粒子都会对接收线圈上的感应电压有贡献，无需设置磁场自由区，也无需对磁场自由区进行位置变更；其中，两组收发线圈沿一个或多个圆周轨迹做运动的过程，相当于两组收发线圈围绕成像目标的中心以多种不同的空间姿态进行非线性激励；其中，当收发线圈处于某个空间姿态下时，改变两个发射线圈中的电流，可以使“V”形磁场分布将沿着线圈的轴向方向发生位置的偏移，实现了一维空间编码。而当收发线圈处于不同空间姿态下时，同一位置处的磁粒子感受到的磁场强度也是不同的，由此便实现了二维乃至三维的全空间编码。基于以上扫描方式，本发明提供的磁粒子成像设备进行磁粒子成像无需设置磁场自由区；无需对磁场自由区进行位置变更；每次采集的信号是全空间中的所有磁粒子被激励后所产生的信号叠加而成，成像视野无需如现有技术那样受磁场自由区大小和活动范围的限制，从而可以使成像视野能够匹配人体尺寸大小。并且，不设置磁场自由区便可以省略掉构建磁场自由区所需的线圈以及所相应耗费的功耗，设备规模和功耗都会有所降低。此外，与现有技术中几乎以成像图像的分辨率为步进执行扫描的方式相比，本发明中所涉及的扫描步进包括电流幅度调整的步进以及圆周轨迹内的相邻停留点位之间的步进，基于这样的步进执行扫描所需的扫描时长远小于现有技术，时效性较高，可有效减轻磁粒子的弛豫效应，使得成像结果更为清晰。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备的结构示意图；

图2是图1所示磁粒子成像设备中的成像处理装置的一种结构示意图；

图3是图2所示成像处理装置的成像过程示意图；

图4是利用本发明实施例提供的磁粒子成像设备进行三维成像时，两组收发线圈进行运动时所沿着的多个圆周运动轨迹；

图5是图1所示磁粒子成像设备中的成像处理装置的另一种结构示意图；

图6是图5所示成像处理装置的成像过程示意图；

图7是本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备中，可带动两组收发线圈进行运动的一种圆形轨道的示意图；

图8是本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备中，可采用的一种检查床的示意图；

图9是利用本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备进行二维成像的一个效果图；

图10是利用本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备进行二维成像的另一个效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

为了解决现有磁粒子成像技术存在的高功耗、视野小、扫描效率低等问题，从而使磁粒子成像技术能够应用于人体的扫描成像，本发明实施例提供了一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备。需要说明的是，本发明实施例中的成像目标并不局限于人体部位，任何可借助磁粒子成像实现内部结构探查的物体均可以作为本发明实施例中的成像目标。

参见图1所示，本发明实施提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备包括：一对发射线圈、一对接收线圈、电流激励装置20、扫描驱动装置30、数据采集装置40以及成像处理装置50。

其中，发射线圈和接收线圈均为圆形霍姆霍兹线圈；两个发射线圈的位置相对，两个接收线圈分别靠近两个发射线圈对称放置，四个圆形霍姆霍兹线圈的轴向方向重合，形成位置相对的两组收发线圈10。

扫描驱动装置30，用于带动两组收发线圈10沿一个或多个圆周轨迹进行运动；其中，每个圆周轨迹均以成像目标的中心为圆心、且以两组收发线圈10的间距为直径(图1中用圆形虚线框表示出了一个圆周轨迹)；每个圆周轨迹内的运动过程均包括多个停留点位。

具体的，该扫描驱动装置30可以包括：硬件驱动模块和软件控制模块；该硬件驱动子模块在该软件控制子模块的控制下，带动两组收发线圈10沿一个或多个圆周轨迹进行运动。

可以理解的是，两组收发线圈10沿圆周轨迹进行运动，并不意味着两组收发线10圈需要走完整个圆周轨迹。例如，两组收发线圈10沿圆周轨迹运动半周，也是一种沿圆周轨迹进行运动的方式，此时，每个圆周轨迹内的运动过程可以包括：均分该圆周轨迹的半周的多个停留点位；例如，均分该圆周轨迹的半周的181个停留点位；此时，两组收发线圈10实际上是在圆周轨迹的半周内每间隔1度变换一个停留点位，共有0～180个停留点位。

在实际应用中，硬件驱动模块主要由旋转器械以及可驱动该旋转器械进行运动、并与软件控制子模块电连接的电驱动单元组成。其中，旋转器械可以包括一机械臂以及用于对两组收发线圈进行位置固定的机械结构，该机械结构在机械臂带动下进行运动。或者，旋转器械可以包括一个以成像目标的中心为圆心的圆形轨道，以及用于调整该圆形轨道的空间姿态的辅助结构，两组收发线圈10可沿着该圆形轨道进行运动。其中，两组收发线圈10在三维空间中相对于成像目标的中心所呈现的任一种相对位置关系，都可以看做是一种不同的空间姿态。

软件控制模块是运行在计算机上的控制程序。在本发明实施例中，可将磁粒子成像设备中集成的计算机称为中控计算机，该中控计算机所实现的功能并不局限于这里所说的软件控制模块，后续将会一一进行说明。

电流激励装置20，用于当两组收发线圈10停在每个停留点位时，向两个发射线圈施加同向交变电流以产生非均匀、非线性空间变化的激励磁场，其中，一个发射线圈中的电流幅度按照预设的步进逐步增加，另一个发射线圈中的电流幅度同步减小，电流幅度每调整一次经历半个余弦振荡周期。可以理解的是，这里说的余弦振荡周期指的是交流电流的振荡周期，相应的，电流幅度指的是交流电流在振荡周期内的最大值。

其中，对于每个停留点位而言，当给两个发射线圈施加同向交变电流时，在线圈之间产生的激励磁场在线圈的轴向分量将会呈现先线性降低、后线性增加的“V”形分布状态。此时，由于该“V”形磁场的对称特性，每个停留点位扫描半周便可以达到扫描整周的效果。并且，那么垂直于线圈轴向方向的每个平面均是一个等磁场面。此外，通过提高一个发射线圈的电流，同时降低另一个发送线圈的电流，该“V”形磁场分布将线圈的轴向方向发生位置的偏移，由此可实现一维空间编码。

在实际应用中，该电流激励装置20可以为数字交流电源。该交流电源可以集成有通信接口，从而通过通信总线与上述的中控计算机进行通信，以便在中控计算机的控制下，对发射线圈施加各种幅度的电流。在另一种实现方式中，该电流激励装置20可以包括波形发生器及其对应的前端控制器，该波形发生器在该前端控制器的控制下对发射线圈施加各种幅度的电流。可以理解的是，该前端控制器同样受中控计算机的控制。具体而言，波形发生器中将市电进行电压升高，对升高的交流电压进行整流变为直流电，再经过变频得到特定频率下的交变电流，该特定频率优选为25KHz～35KHz。前端控制器将中控计算机下达的扫描序列进行预驱动，进而进行功率驱动；功率驱动主要是在变频输出的高压控制下给发射线圈分配电流。此外，还可以通过一反馈回路将施加给发射线圈的电流大小反馈到预驱动之前，从而形成闭环控制。

数据采集装置40，用于在每半个余弦振荡周期内连续多次采集两个接收线圈上的感应电压，作为该半个余弦振荡周期内所采集的信号。

该数据采集装置40可以是一个高速的数据采集器，该数据采集器中集成有ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换模块)，能够将接收线圈上的感应电压转换为数字信号，以便后续进行成像处理。

在一种可选实现方式中，数据采集装置40内部可以先对从接收线圈上检测到的感应电压进行低噪音放大和初步的校正处理；然后再进行混频，以滤掉低频和高频噪音，接着再进行模数转换。其中，初步的校正处理包括：根据磁粒子发出的射频信号透过成像目标后到达接收线圈的信号衰减模型来进行修正，该信号衰减模型可预先通过测试或者仿真的手段获得。

成像处理装置50，用于根据至少一个圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征，为成像目标进行磁粒子成像。

其中，信号的目标特征可以存在多种。示例性的，信号的目标特征可以包括：信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量，并不局限于此。成像过程主要是根据所采集的目标特征和系统矩阵，利用图像重建的方法进行成像。具体而言，若根据一个圆周轨迹内的各个停留点位上所采集信号进行磁粒子成像，则成像结果是一个二维图像。若根据多个圆周轨迹内的各个停留点位上所采集的信号进行磁粒子成像，则成像结果是一个三维图像。为了使说明书布局清晰，后续将对这两种成像方式分别进行进一步的说明。

系统矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在激励磁场作用下所产生信号的目标特征的空间分布。基于该系统矩阵可以反推出每个停留点位上各时刻的磁粒子浓度，从而利用图像重建的方法实现成像。

需要说明的是，现有MPI(Magnetic Particle Imaging，磁粒子成像)系统的系统矩阵中，每一列元素包括了已知浓度的磁粒子样品在成像区域中的某个位置上所产生信号的一组傅里叶分量。即一列元素几乎囊括了该位置上所产生的信号的各次谐波。而本发明实施例中，系统矩阵的每个元素都是单位浓度的磁粒子在某一位置上所产生信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量，与现有MPI系统的系统矩阵不同。

其中，基于信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量实现磁粒子成像所基于的理论基础是：根据激励磁场强度的大小，磁化曲线的形状和大小也有差别，信号尖峰的形状和大小也不一样。发明人发现，采用余弦振荡的激励磁场H(t)＝-Acos(2πft)，磁粒子在其激励下产生的信号尖峰u_peak与激励磁场的强度A成正比、与磁粒子浓度c成正比，3倍基频谐波分量u₃与激励磁场强度A成非线性关系、与磁粒子浓度c成正比。公式(1)和公式(2)示出了该理论基础的简单证明：

其中，f表示频率，m表示单个磁粒子的磁矩。μ₀表示真空磁导率，k_B表示玻尔兹曼常数，T^P表示成像目标的绝对温度。

在实际应用中，成像处理装置50同样可以是运行在中控计算机上的程序模块。可以理解的是，本发明实施例中所说的中控计算机并不局限于一台实体计算机，实际中，实现成像处理以及上述实现线圈控制、电流控制等的程序模块可根据实体计算机的计算能力进行整合或划分，这都是可以的，本发明实施例不做限定。

综上所述，本发明实施例中，两个发射线圈产生的非线性的激励磁场可沿各线圈的轴向分量先线性降低后线性增加，呈“V”形分布；基于该激励磁场，本发明实施例对成像目标所在的全空间中的磁粒子进行非线性的余弦磁场激励，全空间中的所有磁粒子都会对接收线圈上的感应电压有贡献，无需设置磁场自由区，也无需对磁场自由区进行位置变更；其中，两组收发线圈沿一个或多个圆周轨迹做运动的过程，相当于两组收发线圈围绕成像目标的中心以多种不同的空间姿态进行非线性激励；其中，当收发线圈处于某个空间姿态下时，改变两个发射线圈中的电流，可以使“V”形磁场分布将沿着线圈的轴向方向发生位置的偏移，实现了一维空间编码。而当收发线圈处于不同空间姿态下时，同一位置处的磁粒子感受到的磁场强度也是不同的，实现了二维乃至三维的全空间编码。基于以上扫描方式，本发明实施例提供的磁粒子成像设备进行磁粒子成像无需设置磁场自由区；无需对磁场自由区进行位置变更；每次采集的信号是全空间中的所有磁粒子被激励后所产生的信号叠加而成，成像视野无需如现有技术那样受磁场自由区大小和活动范围的限制，从而可以使成像视野能够匹配人体尺寸大小，且本发明实施例中激励磁场的强度并不因视野的增大而增加；在10mT～30mT强度的激励磁场下，本发明实施例即可实现20cm～50cm的大视野精确成像；现有技术采用同等强度激励磁场的功能成像技术仅有1cm～3cm的视野。并且，不设置磁场自由区便可以省略掉构建额外的激励场和选择场所需的线圈以及所相应耗费的功耗，设备规模和功耗都会有所降低。

此外，与现有技术中几乎以成像图像的分辨率为步进执行扫描的方式相比，本发明实施例中所涉及的扫描步进包括电流幅度调整的步进以及圆周轨迹内的相邻停留点位之间的步进，基于这样的步进执行扫描所需的扫描时长远小于现有技术，时效性较高，可有效减少磁粒子的弛豫效应，使得成像结果更为清晰。

下面对本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备实现二维成像的方式进行说明。在这种实现方式中，用户可预先指定一个成像方向，指定了该成像方向，则最终所成的图像是成像目标沿该成像方向投影的二维磁粒子浓度分布图像。用户指定成像方向后，与该成像方向对应有一个圆周轨迹，称为目标圆周轨迹，两组收发线圈10仅需沿该目标圆周轨迹进行运动，成像方向垂直于该目标圆周轨迹所在的平面。

相应的，参见图2所示，成像处理装置50，可以包括：信号特征提取模块501、数据重建模块502以及二维图像重建模块503。参见图3所示，此时该成像处理装置的具体成像过程可以包括：

S201：信号特征提取模块，提取目标圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征。

具体而言，信号特征提取模块501对每个余弦振荡周期内所采集的信号进行傅里叶变换和频谱分析，从而从分析结果中提取信号的尖峰幅值或三倍基频谐波分量。

S202：数据重建模块，根据信号特征提取模块所提取的每个停留点位上的目标特征以及系统矩阵，重建出对应于该停留点位的、包含成像目标的磁粒子浓度信息的一维投影分布数据。

具体重建过程可用下式进行表示：

c＝g^-1u； (3)

其中，i₀,i₁,…,i_N+1表示两个发射线圈上加载的N次不同幅度的电流，r₀,r₁,…,r_N+1表示将成像目标所在的成像区域划分的N个位置点；u表示一个停留点位上的目标特征，其中的元素u(i₁)表示在给发射线圈施加电流i₁的半个余弦振荡周期中，所采集到的信号的目标特征，其余元素的含义以此类推。g为系统矩阵，其中左下角的元素g(i_N-1,r₀)表示单位浓度的磁粒子在电流i_N-1激励的磁场作用下，所产生信号的目标特征分布在成像区域的第r₀个位置点的分量；其余元素的含义以此类推。c表示重建出的一维投影分布数据，其所包含的各个元素是成像区域中各位置点上的磁粒子浓度。

在实际应用中，若系统矩阵不是很庞大，则可以直接按照上述公式(3)中所示的，先对系统矩阵进行求逆，再对求逆的系统矩阵g^-1以及矢量u做乘法的方式来实现数据重建。若系统矩阵较为庞大，直接求逆较为困难，则可以将c中的元素作为待求解的变量x，通过构建一组方程u(i_n)＝g(i_n,r₀)x+g(i_n,r₁)x+…+g(i_n,r₁)x，n∈[0,N-1]，并对该组方程运用迭代方式进行求解，从而根据求解结果来实现数据重建。其中，迭代方法如常用的代数重建法、联合代数重建法、最大似然期望最大化算法或有序子集期望最大化算法等等。

S203：二维图像重建模块，根据目标圆周轨迹内各个停留点位上的一维投影分布数据，利用滤波反投影重建的方法，重建出成像目标沿成像方向投影的二维磁粒子浓度分布图像，即二维成像结果；其中，成像方向垂直于目标圆周轨迹所在的平面。

其中，滤波反投影重建的方法常用在CT成像重建中，其背后的数学原理是拉东变换：对投影的一维傅立叶变换等效于对原图像进行二维的傅立叶变换(傅立叶中心切片定理)。本发明实施例运用滤波反投影重建的方法来重建磁粒子浓度分布图像的方式基本与此相同，故不再进行赘述。

然后，对三维成像的方式进行说明。这种成像方式中，需要执行多个圆周轨迹的扫描。具体而言，这些圆周轨迹可以包括：所在的平面平行于三维坐标系下的第一平面的第一圆周轨迹、所在的平面与第一平面之间有夹角的第二圆周轨迹、所在的平面与三维坐标系下的第二平面之间有夹角的第三圆周轨迹，以及所在的平面与第一平面、第二平面均有夹角的第四圆周轨迹；其中，第一平面可以为三维坐标系下的XY平面、YZ平面或者XZ平面，第二平面为XY平面、YZ平面以及XZ平面三者中非第一平面的任一平面。

举例而言，参见图4所示，假设Y轴方向垂直于图4，第一平面为YZ平面，第二平面为XZ平面，图4中各个正圆形的虚线框是空间中存在于三维坐标系下的一个虚拟的球体，黑色小圆点代表成像目标的中心；如图4所示，这些圆周轨迹包括：所在的平面平行于三维坐标系下的YZ平面的第一圆周轨迹、所在的平面与YZ平面之间有夹角的第二圆周轨迹(包括多个，图4中仅示出了一个)、所在的平面与三维坐标系下的XZ平面之间有夹角的第三圆周轨迹(包括多个，图4中仅示出了一个)，以及所在的平面与YZ平面、XZ平面均有夹角的第四圆周轨迹(包括多个，图4中仅示出了一个)。

相应的，如图5所示，此时的成像处理装置50可以包括：信号特征提取模块501、数据重建模块502、二维图像重建模块503以及层析合成模块504。具体的成像过程参见图6所示，包括：

S601：信号特征提取模块，针对每个圆周轨迹，提取该圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征。

S602：数据重建模块，针对每个圆周轨迹内的每个停留点位，根据该停留点位上的目标特征和系统矩阵，重建出对应于该停留点位的、包含成像目标的磁粒子浓度信息的一维投影分布数据。

S603：二维图像重建模块，针对每个圆周轨迹，根据该圆周轨迹内各个停留点位的一维投影分布数据，利用滤波反投影重建的方法，重建出成像目标沿对应的成像方向投影的二维磁粒子浓度分布图像；其中，每个圆周轨迹对应的成像方向垂直于该圆周轨迹所在的平面。

S604：层析合成模块，根据成像目标沿各成像方向的二维磁粒子浓度分布图像，利用层析合成的方法，重建出成像目标在三维空间的磁粒子浓度分布图像，即三维成像结果。

其中，层析合成模块的重建过程是基于这些沿不同方向投影的二维磁粒子浓度分布图像中的数据信息，通过反演计算得到成像目标在三维空间的磁粒子浓度分布图像，具体的成像过程相似于CT成像，本发明实施例不做赘述。

可以理解的是，在三维磁粒子成像中，信号特征提取模块501、数据重建模块502以及二维图像重建模块503的工作方式与二维磁粒子成像中的工作方式相似，仅仅是在工作量上有所增加，故而不再对他们的工作方式进行赘述。

在一个实施例中，本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备，还可以包括：载置台；该载置台的内部并行排列有多个矩形的屏蔽线圈；其中，当磁粒子成像设备工作时，与成像目标的位置上下对应的屏蔽线圈关闭，其余的屏蔽线圈通电开启，加载直流电流。

这里，屏蔽线圈的主要作用在于减少外部干扰。例如，当磁粒子设备位于屏蔽效果不良的环境中时，开启屏蔽线圈可以有效饱和约束非成像区域以外的区域中存在的磁粒子，使得仅位于成像区域内的磁粒子被发射线圈激励。

示例性的，当磁粒子成像设备用于人体扫描成像时，该载置台可以是一个检查床。另外，当磁粒子成像设备用于对外形不规则的成像目标进行扫描成像时，该载置台还可以包含一个用于夹持或固定成像目标的结构。

在实际应用中，屏蔽线圈的开关控制可以单独控制，也可以通过中控计算机与扫描过程实现联动控制，这都是合理且可实现的。

在一个实施例中，本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备，还可以包括：定位装置；该定位装置用于对成像目标进行定位。具体的，一方面使成像目标的中心位于各圆周轨迹的圆心处，另一方面，定位出成像目标对应的成像区域。

在实际应用中，该定位装置可以包括激光定位装置或红外定位装置等。优选地，定位装置可以与载置台联动；例如当成像目标位于载置台上时，通过调整载置台的位置，将成像目标送至由激光或者红外标定好的成像区域内，并使成像目标的中心对准各圆周轨迹的圆心。

优选地，在一种实现方式中，成像处理装置50中还可以包括一个驰豫效应反卷积模块；该驰豫效应反卷积模块，用于对数据采集装置所采集的信号进行反卷积处理，以减轻因磁粒子弛豫效应导致的信号形变，具体的形变主要包括信号幅度的降低，以及时域的展宽、不对称等。通过反卷积操作，可以对采集的信号进行校正，减轻信号形变，使最终提取的目标特征能够更佳准确。

在实际应用中，大尺寸(30nm～100nm)的磁粒子更容易产生驰豫效应，因此，如果成像目标中的磁粒子尺寸较大，便可以通过增设该驰豫效应反卷积模块来减轻信号形变。

另外，为了进一步减轻信号形变，从而提取到精确的目标特征，上述的信号特征提取模块501，还可以用于提取数据采集装置40所采集信号的信号面积，并根据所提取的信号面积对所提取的目标特征进行校正。其中，信号面积指的是信号的时域曲线下的面积，可以通过对时域下采集的数据进行积分获得。

发明人在实现本发明的过程中发现，信号面积与磁场强度无关，与磁粒子浓度成正比。因此，无论是在单个停留点位上变换电流幅度的过程中，或是变换停留点位甚至变更圆周轨迹的过程中，假设成像目标的磁粒子浓度分布情况保持不变，则每次采集的信号的面积其实是一个守恒量。考虑到实际的成像目标的磁粒子浓度分布在短时间内不变、在长时间内可能有所变化的情况，本发明实施例采用了以停留点位为单位、根据信号面积来进行目标特征校正的方案，以使最终提取的目标特征能够更佳准确。

其中，提取信号面积具体可以是对时域上采集的数据进行积分处理。具体而言，在每个停留点位上，每变换一次电流幅度都会采集一次信号，并提取该信号的信号面积；当电流幅度调整的过程结束，即完成该停留点位上的扫描后，比较所采集的所有信号的信号面积，对其中信号面积异常的信号进行修正，具体修正的方式存在多种。例如，可以给发射线圈重新施加该信号对应的电流，从而重新进行采集；或者利用采集时间相邻的信号对该异常的信号进行修正等等，这都是合理且可实现的。

在一种可选实现方式中，信号特征提取模块501还可以用于提取数据采集装置40所采集信号的半值全宽；该半值全宽指的是信号的幅度下降到一半时对应的时域的宽度。基于提取的半值全宽可以在成像过程中实现一些更进一步的方案。例如，帮助检验驰豫效应反卷积模块的执行效果，或者进行激励磁场监控等等。

其中，实现磁场监控的具体实现方式包括：在成像处理装置中设置一个激励磁场监控模块；该激励磁场监控模块，用于对信号特征提取模块所提取的半值全宽进行统计，从而发现其中异常的半值全宽数据。当发现半值全宽存在异常时，该磁场监控模块可以输出激励磁场异常提示。

发明人在实现本发明的过程中发现，信号的半值全宽与磁粒子浓度无关，但是与激励磁场强度成反比关系；因此，通过统一比较实际采集的信号的半值全宽，可以用来检验激励磁场的稳定性，发现无形的磁场中所可能出现的异常，以确保最终的成像结果所依赖的数据真实有效。通常来说，激励磁场异常的出现可能与外部干扰有关；发现激励磁场异常后，可采取更高级别的屏蔽措施，例如打开成像区域外的屏蔽线圈等，重新进行系统矩阵的测定，然后再重新进行扫描成像。考虑到统一对整个扫描过程中采集的信号的半值全宽进行对比效率较低，因此本发明实施例采用了以停留点位为单位进行半值全宽比较的方案。

具体而言，在每个停留点位上，每变换一次电流幅度都会采集一次信号，并提取该信号的半值全宽；当电流幅度调整的过程结束，即完成该停留点位上的扫描后，比较所采集的所有信号的半值全宽，从而从中发现异常的半值全宽。另外，激励磁场监控模块具体输出磁场异常提示的方式取决于磁粒子成像设备所集成的输出装置，可以包括显示装置、声音报警装置等。

在一个实施例中，本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备可以同时利用多个目标特征分别进行成像，并对得到多个成像结果进行融合。具体而言，信号特征提取模块每次在从信号中提取目标特征时，提取多个目标特征。相应的，数据重建模块分别利用不同的目标特征进行成像，得到不同的成像结果。成像处理装置中还可以设置一图像融合模块，用于对多个成像结果进行融合，即对多个成像的图像进行图像融合，从而进一步提高重建的效果。具体的图像融合方式可以包括图像间相同位置的像素的加权融合或其他常用的图像融合方式等等。

在医学应用场景中，本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备的中控计算机可以通过DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine，医学数字成像和通信)接口与RIS(Radiography Information System，放射科信息系统)和PACS(Picture Archive and Communication System，图像归档和通讯系统)互联通信。其中，通过DICOM接口可直接与激光相机相连，从而将成像结果进行激光打印。

下面以一个具体的磁粒子成像设备为例，对本发明实施例进行进一步的举例说明。

该磁粒子成像设备中，两个发射线圈的直径均为40cm，厚度和宽度均为5cm，线圈匝数为200匝，被施加的电流幅度为20A～40A。两个发射线圈的间距为40cm，施加同向交变电流，在中心的成像区域可以产生15mT～30mT的余弦交变磁场，交流频率为25KHz～35KHz；磁场强度大于10mT可确保信号出现幅值尖峰，同时在医学用途中也可以过滤人体内部的铁。发射线圈的轴向分量的磁场沿轴向方向先线性降低，后线性增加，呈“V”形磁场分布。在施加电流激励的过程中，一个发射线圈的电流由20A开始逐步增加，每次增加0.78A，共增加256次，直至增加到40A；同时，另一个发射线圈的电流从40A开始同步降低，每次降低0.78A，共降低256次，直至降低到20A；由此使得“V”形磁场的形状和位置发生256次独立的变化，即实现了256位的一维空间编码。每次调整电流幅度后，保持0.017ms，进行半个余弦振荡周期内的激励和相应的信号采集。由此，每个停留点位的扫描共需要4.267ms。相应的，后续数据重建模块进行数据重建后，得到的是沿着发射线圈轴向方向的256层面的磁粒子浓度分布信息。

两个接收线圈的直径均为40cm，厚度和宽度均为5cm。两者间距为50cm，分别紧靠在两个发射线圈的内侧，形成位置相对的两组收发线圈。

扫描驱动装置中通过一圆形轨道带动两组收发线圈围绕成像目标的中心沿多个圆周轨迹运动。该圆形轨道的半径为40cm，两组收发线圈分别固定在该圆形轨道上，并以轨道圆心为中点对称布设(如图7所示)。圆形轨道绕圆心转动，带动两组收发线圈10围绕成像目标的中心做180度旋转，每隔1度停留4.267毫秒，停留的时长内打开发射线圈和接收线圈，完成这个角度的256次信号的采集，然后转到下1度，以此类推。由于“V”形磁场的对称性，只需采集0°到180°的信号，181°与1°重复，无需重复采集。0°到180°的信号采集共进行180次，共花费时间为0.768秒。每个圆周轨迹下完成扫描后，可以变换下一个圆周轨迹继续扫描。

具体而言，假设圆形轨道的初始位置位于三维坐标系下的YZ平面内；并且，圆形轨道可以分别向左右方向各倾斜1°～7°，共15个倾角(倾斜方式参见图4中的第二圆周轨迹)；其中，在每个倾角下，圆形轨道还可以分别向前后方向各侧偏1°～7°，共15个侧角(倾角为0°时的侧偏方式参见图4中的第三圆周轨迹，倾角不为0°时的侧偏方式参见图4中的第四圆周轨迹)。由此，圆形轨道位于初始位置上时，沿第一圆周轨迹进行运动，耗费的扫描时间为0.768秒；然后，设定倾角为1°，对15个侧角进行遍历，耗费扫描时间0.768*15＝11.52秒；设定倾角为2°，对15个侧角进行遍历，耗费扫描时间0.768*15＝11.52秒；以此类推，直至将-7°～7°的倾角以及-7°～7°的侧角全部遍历完成，共耗费扫描时间2.88分钟。其中，数据采集装置的信号采样频率15MHz，半个余弦振荡周期内采样点数250个。由于一共在256*180*15*15个半振荡周期内都要进行数据采集，故总共采集的信号点数为14.4M个。

此外，为了增强屏蔽效果，该磁粒子成像设备还可以设有屏蔽外壳和一个检查床；其中，屏蔽外壳为空心圆筒形状，内径为30cm～75cm，外径为50cm～200cm，筒长50cm～100cm，圆筒的中心放置检查床。检查床内放置有15个宽度为10cm，长度为30cm的矩形线圈(如图8所示)，线圈匝数为200匝，直流电流为30A。扫描时，中心用于成像的区域里的2～5个线圈关闭，其余位置的线圈打开，产生30mT的屏蔽磁场，用来饱和约束外围区域的磁粒子，避免产生干扰信号。

磁粒子成像设备中集成有激光定位装置，其可发出水平和垂直方向的激光，用来确定扫描部位，检查床可自动将扫描部位推送至圆筒中心的圆形轨道中心。

基于该磁粒子成像设备进行二维成像，成像效果参见图(9)～图(10)所示。

图(9)和图(10)中，成像目标是磁粒子呈二维平面分布的样品，其磁粒子分布如图中所示的原始图像，白色区域为有磁粒子分布的区域，黑色区域是无磁粒子分布的区域；可以看到重建的二维图像可以清楚地显示出成像目标原有的磁粒子分布情况。

本发明实施例没有使用现有磁粒子成像技术中的选择场和聚焦场，整个成像空间的每个点都是磁场自由区，能够被余弦磁场激励，即每次采集的信号是由整个空间的所有点的磁纳米粒子的信号叠加而成。通过对全空间进行空间编码，利用系统矩阵和图像重建的方法重建出成像目标的磁粒子浓度分布图像，实现了低功耗、大视野、高分辨率的磁粒子成像。

本发明实施例提供的磁粒子成像设备在医学上的用途包括但不限于心脑血管成像、肿瘤影像成像，以及干细胞追踪、红细胞标记、免疫细胞标记、炎症细胞监测等靶向成像。其中，相对于现有血管成像技术，本发明实施例进行磁粒子成像不需要做数字减影，具有较少的运动伪影。与现有的PET和SPECT的成像技术相比，本发明实施例提供磁粒子成像设备具有更高的灵敏性和图像分辨率，且没有电离辐射，示踪剂的生产和存储也较为容易。

本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备中，除包含上文中示出的各种装置和模块之外，还可以包含有通信接口、存储器和通信总线，其中，通信总线用于完成设备内部模块之间相互的通信；存储器，可用于存放计算机程序、中间数据和结果数据等；

上述提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。

上述提到的存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

本发明实施例提供的不设磁场自由区的磁粒子成像设备中，中控计算机上的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在说明书中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的实施例中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种不设磁场自由区的磁粒子成像设备，其特征在于，包括：一对发射线圈、一对接收线圈、电流激励装置、扫描驱动装置、数据采集装置以及成像处理装置；其中，

所述发射线圈和所述接收线圈均为圆形霍姆霍兹线圈；两个所述发射线圈的位置相对，两个所述接收线圈分别靠近两个所述发射线圈对称放置，四个所述圆形霍姆霍兹线圈的轴向方向重合，形成位置相对的两组收发线圈；

所述扫描驱动装置，用于带动所述两组收发线圈沿一个或多个圆周轨迹进行运动；其中，每个所述圆周轨迹均以成像目标的中心为圆心、且以所述两组收发线圈的间距为直径；每个圆周轨迹内的运动过程均包括多个停留点位；

所述电流激励装置，用于当所述两组收发线圈停在每个停留点位时，向两个所述发射线圈施加同向交变电流以产生非均匀、非线性空间变化的激励磁场，其中，一个所述发射线圈中的电流幅度按照预设的步进逐步增加，另一个所述发射线圈中的电流幅度同步减小，电流幅度每调整一次经历半个余弦振荡周期；

所述数据采集装置，用于在每半个余弦振荡周期内连续多次采集两个所述接收线圈上的感应电压，作为该半个余弦振荡周期内采集的信号；

所述成像处理装置，用于根据至少一个圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征，为所述成像目标进行磁粒子成像。

2.根据权利要求1所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值和/或3倍基频谐波分量。

3.根据权利要求1所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述成像处理装置，具体用于：

根据至少一个圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征和系统矩阵，利用图像重建的方法为所述成像目标进行磁粒子成像；

其中，所述系统矩阵用于表征单位浓度的磁粒子在所述激励磁场作用下所产生信号的目标特征的空间分布。

4.根据权利要求3所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量；所述至少一个圆周轨迹，包括：一目标圆周轨迹；

所述成像处理装置，包括：信号特征提取模块、数据重建模块以及二维图像重建模块；

所述信号特征提取模块，用于提取所述目标圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征；

所述数据重建模块，用于根据每个停留点位上的目标特征以及所述系统矩阵，重建出对应于该停留点位的、包含所述成像目标的磁粒子浓度信息的一维投影分布数据；

所述二维图像重建模块，用于根据所述目标圆周轨迹内各个停留点位上的一维投影分布数据，利用滤波反投影重建的方法，重建出所述成像目标沿成像方向投影的二维磁粒子浓度分布图像；其中，所述成像方向垂直于所述目标圆周轨迹所在的平面。

5.根据权利要求3所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述目标特征包括：信号的尖峰幅值或3倍基频谐波分量；所述多个圆周轨迹包括：所在的平面平行于三维坐标系下的第一平面的第一圆周轨迹、所在的平面与所述第一平面之间有夹角的第二圆周轨迹、所在的平面与三维坐标系下的第二平面之间有夹角的第三圆周轨迹，以及所在的平面与所述第一平面、所述第二平面均有夹角的第四圆周轨迹；其中，所述第一平面为三维坐标系下的XY平面、YZ平面或XZ平面，所述第二平面为所述XY平面、所述YZ平面以及所述XZ平面三者中非所述第一平面的任一平面；

所述成像处理装置，包括：信号特征提取模块、数据重建模块、二维图像重建模块以及层析合成模块；

所述信号特征提取模块，用于针对每个圆周轨迹，提取该圆周轨迹内各个停留点位上所采集信号的目标特征；

所述数据重建模块，用于针对每个圆周轨迹内的每个停留点位，根据该停留点位上的目标特征以及所述系统矩阵，重建出对应于该停留点位的、包含所述成像目标的磁粒子浓度信息的一维投影分布数据；

所述二维图像重建模块，用于针对每个圆周轨迹，根据该圆周轨迹内各个停留点位的一维投影分布数据，利用滤波反投影重建的方法，重建出所述成像目标沿对应的成像方向投影的二维磁粒子浓度分布图像；其中，每个圆周轨迹对应的成像方向垂直于该圆周轨迹所在的平面；

所述层析合成模块，用于根据所述成像目标沿各成像方向的二维磁粒子浓度分布图像，利用层析合成的方法，重建出所述成像目标在三维空间的磁粒子浓度分布图像。

6.根据权利要求1所述的磁粒子成像设备，其特征在于，还包括：载置台；

所述载置台，用于载置所述成像目标；

所述载置台的内部并行排列有多个矩形的屏蔽线圈；其中，当所述磁粒子成像设备工作时，与所述成像目标的位置上下对应的屏蔽线圈关闭，其余的屏蔽线圈通电开启。

7.根据权利要求1所述的磁粒子成像设备，其特征在于，还包括：定位装置；

所述定位装置，用于对成像目标进行定位。

8.根据权利要求1所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述成像处理装置，还包括：驰豫效应反卷积模块；

所述驰豫效应反卷积模块，用于对所述数据采集装置所采集的信号进行反卷积处理，以减轻因磁粒子弛豫效应导致的信号变形。

9.根据权利要求4或5所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述信号特征提取模块，还用于提取所述数据采集装置所采集信号的信号面积，并根据所提取的信号面积对所提取的目标特征进行校正。

10.根据权利要求4或5所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述信号特征提取模块，还用于提取所述数据采集装置所采集信号的半值全宽；

所述成像处理装置，还包括：激励磁场监控模块；

所述磁场监控模块，用于对所述信号特征提取模块所提取的半值全宽进行统计，以在当发现半值全宽存在异常时，输出激励磁场异常提示。

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