CN115778354B - 基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式mpi装置 - Google Patents
基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式mpi装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种基于径向‑笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置、方法，旨在解决现有磁粒子成像设备孔径较小，无法对大尺寸目标对象进行成像的问题。本发明装置包括：梯度模块，用于产生静态梯度磁场；旋转扫描模块，用于构建旋转的均匀交变磁场，以控制无场点沿成像孔径向做平移往复运动、沿成像孔轴向做旋转运动；激励模块，用于构建均匀交变磁场；感应模块，用于采集磁粒子的非线性磁化响应信号；补偿模块，用于补偿第一圆筒形线圈对第二圆筒形线圈的耦合信号。本发明实现了大尺寸目标对象的MPI成像，并具有结构简单、空间利用率高、功耗低等优点。
Description
技术领域
本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置、方法。
背景技术
磁粒子成像(MPI，Magnetic Particle Imaging)是一种基于示踪剂的成像方法，可测量超顺磁性氧化铁 (SPIO)纳米颗粒的浓度。这些颗粒通常静脉内给药，并允许对血管系统和器官灌注进行成像。在应用方面，MPI已被证明能够在小鼠模型中以高灵敏度和高时间分辨率检测缺血性中风。它还被证明适用于肠道出血、肺灌注、标记干细胞、脑动脉瘤、癌症和脑血容量的成像。此外，MPI已被证明是介入应用中非常有用的工具，它甚至可以用于导管转向。
MPI在人体尺度上的应用的主要障碍是缺乏具有足够孔径的成像设备。现有MPI系统的孔径大多在3厘米和40厘米之间，因此只能容纳小鼠、大鼠和人体头部。缩放MPI成像硬件以对人体全身进行成像对激励和接收线圈提出了挑战，较大的成像体积需要增加电感、功率传输和较大的物理尺寸。
为减少人体尺度MPI设备的体积和功耗，本发明提出一种无场点径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置、方法。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有磁粒子成像设备孔径较小，无法对大尺寸目标对象（如人体全身）进行成像的问题，本发明提出了一种基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置，该装置包括：梯度模块、旋转扫描模块、激励模块、感应模块和补偿模块；
所述梯度模块包括一对圆环形永磁体，两个圆环形永磁体形状相同、相互平行且中心轴共线；所述梯度模块，用于产生静态梯度磁场；
所述旋转扫描模块包括一对弯曲矩形线圈；所述弯曲矩形线圈对设置于所述圆环形永磁体对之间，所述弯曲矩形线圈对中的弯曲矩形线圈为弧形，且两个弯曲矩形线圈关于第一平面镜像设置；所述第一平面为包含圆环形永磁体对中心轴的平面；
所述旋转扫描模块，用于构建旋转的均匀交变磁场，以控制无场点沿成像孔径向做平移往复运动、沿成像孔轴向做旋转运动；所述成像孔轴向为平行所述圆环形永磁体对中心轴的轴线方向；所述成像孔径向为纵向垂直于成像孔轴向的方向；
所述激励模块为圆筒形线圈，作为第一圆筒形线圈；所述第一圆筒形线圈套设于所述弯曲矩形线圈对和所述圆环形永磁体对内侧；所述激励模块，用于构建均匀交变磁场；
所述弯曲矩形线圈对紧贴着第一圆柱面，所述第一圆柱面直径小于所述圆环形永磁体对的内直径，大于所述第一圆筒形线圈的外直径；
所述感应模块为圆筒形线圈，作为第二圆筒形线圈；所述第二圆筒形线圈套设于所述第一圆筒形线圈的内侧；所述感应模块，用于采集磁粒子的非线性磁化响应信号；
所述补偿模块包括两个圆筒形线圈，分别作为第三圆筒形线圈、第四圆筒形线圈；所述第四圆筒形线圈套设于所述第三圆筒形线圈的内侧；所述第三圆筒形线圈与所述第一圆筒形线圈串联；所述第四圆筒形线圈与所述第二圆筒形线圈串联；所述补偿模块，用于补偿所述第一圆筒形线圈对所述第二圆筒形线圈的耦合信号；
所述补偿模块位于所述梯度模块的外侧；所述补偿模块与所述梯度模块、所述旋转扫描模块、所述激励模块、所述感应模块之间的空间距离大于设定的距离阈值；
所述第一圆筒形线圈、所述第二圆筒形线圈、所述第三圆筒形线圈、所述第四圆筒形线圈与所述圆环形永磁体对的中心轴共轴。
在一些优选的实施方式中，所述基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置还包括电路系统、机械旋转装置、活体床、冷却系统、成像模块和控制装置；所述电路系统、所述机械旋转装置、所述活体床、所述冷却系统、所述成像模块均与所述控制装置信号连接；
所述电路系统，用于为扫描成像构件供电和采样；所述扫描成像构件为包括所述梯度模块、所述旋转扫描模块、所述激励模块、所述感应模块和所述补偿模块的扫描成像系统；
所述机械旋转装置，用于为所述扫描成像构件中的旋转扫描线圈提供机械旋转；
所述活体床，用于承载待测目标并沿成像孔轴线方向移动至给定位置；
所述冷却系统，用于吸收所述扫描成像构件工作时产生的热量；
所述成像模块，用于重建磁粒子的物理特征空间分布图像；
所述控制装置，用于按照设定的控制指令控制所述扫描成像构件的旋转扫描线圈对和激励线圈的电流变化、控制所述扫描成像构件的旋转扫描线圈对的机械旋转速度、控制活体床的移动深度以及控制冷却系统的液压、实现所产生的无场点的平移旋转逐层扫描，以对待测目标进行扫描成像。
在一些优选的实施方式中，所述基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置以所述圆环形永磁体对的中心轴方向为方向、以圆筒形线圈的中心轴的纵向为方向。
在一些优选的实施方式中，所述圆环形永磁体对的剩磁方向相反且都平行于所述圆环形永磁体对的中心轴。
在一些优选的实施方式中，所述第三圆筒形线圈与所述第四圆筒形线圈的端电压相位相反。
本发明的第二方面，提出了一种基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI方法，基于上述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置，该方法包括：
S100，将待测目标沿成像孔轴向移动至预设位置；
S200，基于所述圆环形永磁体对、所述弯曲矩形线圈对和所述第一圆筒形线圈构建径向-笛卡尔轨迹扫描的无场点和动态磁场；
S300，基于所述第二圆筒形线圈、所述第三圆筒形线圈、所述第四圆筒形线圈采集磁粒子的非线性响应信号；
S400，基于采集磁粒子的非线性响应信号，通过预设的成像算法重建磁粒子的物理特征空间分布图像；
S500，沿成像孔轴方向移动待测目标的位置，重复S200-S400，直至完成待测目标全部待测区域的分区域的成像。
在一些优选的实施方式中，径向-笛卡尔轨迹扫描的无场点和动态磁场的构建方法为：
保持所述圆环形永磁体对和所述第一圆筒形线圈固定；控制所述弯曲矩形线圈对绕所述圆环形永磁体对中心轴匀速机械旋转，给所述弯曲矩形线圈对通入大小相等、方向相同的交变电流；同时给所述第一圆筒形线圈通入交变电流；
其中，所述第一圆筒形线圈通入交变电流频率至少N倍于所述弯曲矩形线圈对交变电流频率，所述弯曲矩形线圈对交变电流频率至少N倍于所述弯曲矩形线圈对机械旋转频率。
在一些优选的实施方式中，基于所述第二圆筒形线圈、所述第三圆筒形线圈、所述第四圆筒形线圈采集磁粒子的非线性响应信号，其方法为：所述第二圆筒形线圈和所述第四圆筒形线圈串联输出电压信号进行滤波、降噪和放大处理，进而得到磁粒子的非线性响应信号。
本发明的有益效果：
本发明实现了大尺寸目标对象的MPI成像，并具有结构简单、空间利用率高、功耗低等优点。
本发明基于无场点径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式磁粒子成像装置，采用永磁体产生梯度磁场，采用通入交流电的机械旋转的扫描线圈产生旋转扫描磁场，采用圆筒形线圈产生激励场，通过移动待测目标实现人体分区域扫描和成像，最终实现人体全身磁粒子成像，减少人体尺度MPI设备的体积和功耗，具有结构简单、空间利用率高、功耗低等优点。
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基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置的立体结构示意图；
图2为本发明一种实施例的扫描成像构件的结构示意图；
图3是本发明一种实施例的径向-笛卡尔轨迹在成像孔横切面投影的示意图；
图4是本发明一种实施例的径向-笛卡尔轨迹在成像孔轴切面投影的示意图；
图5是本发明一种实施例的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI方法的流程示意图；
图6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；
附图标记说明：圆环形永磁体对1、弯曲矩形线圈对2、第一圆筒形线圈3、第二圆筒形线圈4、第三圆筒形线圈5、第四圆筒形线圈6、基于无场点径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式磁粒子成像装置的电路系统7、基于无场点径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式磁粒子成像装置的机械旋转系统8、活体床的机械位移系统9、活体床10、待测目标11、水冷系统12、控制装置13、显示装置14、图像处理装置15。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。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。
本发明第一实施例的一种基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置，如图1、2所示，该装置包括：梯度模块、旋转扫描模块、激励模块、感应模块和补偿模块；
所述梯度模块包括一对圆环形永磁体，两个圆环形永磁体形状相同、相互平行且中心轴共线；所述梯度模块，用于产生静态梯度磁场；
所述旋转扫描模块包括一对弯曲矩形线圈；所述弯曲矩形线圈对设置于所述圆环形永磁体对之间，所述弯曲矩形线圈对中的弯曲矩形线圈为弧形，且两个弯曲矩形线圈关于第一平面镜像设置；所述第一平面为包含圆环形永磁体对中心轴的平面；
所述旋转扫描模块，用于构建旋转的均匀交变磁场，以控制无场点沿成像孔径向做平移往复运动、沿成像孔轴向做旋转运动；所述成像孔轴向为平行所述圆环形永磁体对中心轴的轴线方向；所述成像孔径向为纵向垂直于成像孔轴向的方向；
所述激励模块为圆筒形线圈，作为第一圆筒形线圈；所述第一圆筒形线圈套设于所述弯曲矩形线圈对和所述圆环形永磁体对内侧；所述激励模块，用于构建均匀交变磁场；
所述弯曲矩形线圈对紧贴着第一圆柱面，所述第一圆柱面直径小于所述圆环形永磁体对的内直径，大于所述第一圆筒形线圈的外直径；
所述感应模块为圆筒形线圈，作为第二圆筒形线圈；所述第二圆筒形线圈套设于所述第一圆筒形线圈的内侧；所述感应模块，用于采集磁粒子的非线性磁化响应信号；
所述补偿模块包括两个圆筒形线圈，分别作为第三圆筒形线圈、第四圆筒形线圈；所述第四圆筒形线圈套设于所述第三圆筒形线圈的内侧；所述第三圆筒形线圈与所述第一圆筒形线圈串联；所述第四圆筒形线圈与所述第二圆筒形线圈串联；所述补偿模块，用于补偿所述第一圆筒形线圈对所述第二圆筒形线圈的耦合信号；
所述补偿模块位于所述梯度模块的外侧；所述补偿模块与所述梯度模块、所述旋转扫描模块、所述激励模块、所述感应模块之间的空间距离大于设定的距离阈值；
所述第一圆筒形线圈、所述第二圆筒形线圈、所述第三圆筒形线圈、所述第四圆筒形线圈与所述圆环形永磁体对的中心轴共轴。
为了更清晰地对本发明一种基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置进行说明，下面结合附图，对本发明装置一种实施例中各模块进行展开详述。
本发明一种基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置，如图1所示，包括扫描成像构件（包括梯度模块、旋转扫描模块、激励模块、感应模块和补偿模块的扫描成像系统）、电路系统7、机械旋转装置（即图1中的机械旋转系统8）、活体床10、冷却系统（即图1中的水冷系统12）、成像模块（即图1中的显示装置14、图像处理装置15）和控制装置13，所述扫描成像构件、电路系统7、机械旋转装置、所述活体床10、所述水冷系统12、所述成像模块均与所述控制装置13信号连接（即通信连接）；具体如下：
所述梯度模块包括一对圆环形永磁体（即圆环形永磁体对1），如图2所示，两个圆环形永磁体形状相同、相互平行且中心轴共线；所述梯度模块，用于产生静态梯度磁场，以使远离无场线的磁纳米粒子达到饱和；所述圆环形永磁体对1的剩磁方向相反且都平行于所述圆环形永磁体对的中心轴。
所述旋转扫描模块包括一对弯曲矩形线圈（即弯曲矩形线圈对2，如图1和图2所示，另外，为了更好的区分，修改了弯曲矩形线圈对2的颜色）；所述弯曲矩形线圈对2设置于所述圆环形永磁体对1之间，所述弯曲矩形线圈对2中的弯曲矩形线圈为弧形（具体为劣弧，即弧线长度小于半圆环），且两个弯曲矩形线圈关于第一平面镜像设置；所述第一平面为包含圆环形永磁体对1中心轴的平面；
所述基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置以所述圆环形永磁体对的中心轴方向为方向、以圆筒形线圈的中心轴的纵向为方向，即第一平面镜像为xz平面，如图1所示。
所述旋转扫描模块，用于构建旋转的均匀交变磁场，以控制无场点沿成像孔径向做平移往复运动、沿成像孔轴向做旋转运动；所述成像孔轴向为平行所述圆环形永磁体对中心轴的轴线方向；所述成像孔径向为纵向垂直于成像孔轴向的方向；
所述激励模块为圆筒形线圈，作为第一圆筒形线圈3；所述第一圆筒形线圈3套设于所述弯曲矩形线圈对和所述圆环形永磁体对1内侧；所述激励模块，用于构建均匀交变磁场，以激发磁粒子非线性磁化响应；
所述弯曲矩形线圈对2紧贴着第一圆柱面，所述第一圆柱面直径小于所述圆环形永磁体对1的内直径，大于所述第一圆筒形线圈3的外直径；
所述感应模块为圆筒形线圈，作为第二圆筒形线圈4；所述第二圆筒形线圈4套设于所述第一圆筒形线圈3的内侧；所述感应模块，用于采集磁粒子的非线性磁化响应信号；
所述补偿模块包括两个圆筒形线圈，分别作为第三圆筒形线圈5、第四圆筒形线圈6；所述第四圆筒形线圈6套设于所述第三圆筒形线圈5的内侧；所述第三圆筒形线圈5、所述第四圆筒形线圈6仅与所述第一圆筒形线圈3、所述第二圆筒形线圈4通过电缆连接；所述第三圆筒形线圈5与所述第一圆筒形线圈3串联；所述第四圆筒形线圈6与所述第二圆筒形线圈4串联；所述第三圆筒形线圈5与所述第四圆筒形线圈6的端电压相位相反；所述补偿模块，用于补偿所述第一圆筒形线圈3对所述第二圆筒形线圈4的耦合信号；
所述补偿模块位于所述梯度模块的外侧，如图1所示，所述补偿模块与所述梯度模块、所述旋转扫描模块、所述激励模块、所述感应模块之间的空间距离大于设定的距离阈值，即补偿模块在空间上远离与所述梯度模块、所述旋转扫描模块、所述激励模块、所述感应模块（补偿模块不受所述梯度模块、所述旋转扫描模块、所述激励模块、所述感应模块磁场空间耦合的影响）；
所述第一圆筒形线圈3、所述第二圆筒形线圈4、所述第三圆筒形线圈5、所述第四圆筒形线圈6与所述圆环形永磁体对1的中心轴共轴。
所述电路系统7，用于为扫描成像构件供电和采样；所述扫描成像构件为包括所述梯度模块、所述旋转扫描模块、所述激励模块、所述感应模块和所述补偿模块的扫描系统；
所述机械旋转装置，用于为所述扫描成像构件中的旋转扫描线圈提供机械旋转；
所述活体床10，用于承载待测目标11并沿成像孔轴线方向移动至给定位置；
所述冷却系统，用于吸收所述扫描成像构件工作时产生的热量；
所述成像模块，用于重建磁粒子的物理特征空间分布图像；
所述控制装置13，用于按照设定的控制指令控制所述扫描成像构件的旋转扫描线圈对和激励线圈的电流变化、控制所述扫描成像构件的旋转扫描线圈对的机械旋转速度、控制活体床的移动深度以及控制冷却系统的液压、实现所产生的无场点的平移旋转逐层扫描，以对待测目标进行扫描成像。
本发明第二实施例的一种基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI方法，如图5所示，基于上述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置；该方法包括：
S100，将待测目标沿成像孔轴向移动至预设位置；
在本实施例中，先将待测目标沿成像孔轴向移动至预设位置。
S200，基于所述圆环形永磁体对、所述弯曲矩形线圈对和所述第一圆筒形线圈构建径向-笛卡尔轨迹扫描的无场点和动态磁场；
在本实施例中，径向-笛卡尔轨迹（本发明扫描轨迹在成像孔横切面投影为径向轨迹，在成像孔轴切面投影为笛卡尔轨迹，所以称为径向-笛卡尔轨迹）扫描的无场点和动态磁场的构建方法为：
保持所述圆环形永磁体对和所述第一圆筒形线圈固定；控制所述弯曲矩形线圈对绕所述圆环形永磁体对中心轴匀速机械旋转，给所述弯曲矩形线圈对通入大小相等、方向相同的交变电流；同时给所述第一圆筒形线圈通入交变电流；
其中，所述第一圆筒形线圈通入交变电流频率至少N倍于所述弯曲矩形线圈对交变电流频率，所述弯曲矩形线圈对交变电流频率至少N倍于所述弯曲矩形线圈对机械旋转频率。在本发明中，N优选设置为10。另外，径向-笛卡尔轨迹在成像孔横切面投影、成像孔轴切面投影，如图3、图4所示，其中图4中的指无场点距离成像孔中心轴的距离。
S300，基于所述第二圆筒形线圈、所述第三圆筒形线圈、所述第四圆筒形线圈采集磁粒子的非线性响应信号；
在本实施例中，采集磁粒子的非线性响应信号，其方法为：
所述第二圆筒形线圈和所述第四圆筒形线圈串联输出电压信号进行滤波、降噪和放大处理，进而得到磁粒子的非线性响应信号。
S400，基于采集磁粒子的非线性响应信号，通过预设的成像算法，重建磁粒子的物理特征空间分布图像；
在本实施例中，预设的成像算法优选为基于系统矩阵的MPI重建算法或者基于x空间的MPI重建算法，在其他实施例，可以根据实际需要进行选取。
S500，沿成像孔轴方向移动待测目标的位置，重复S200-S400，直至完成待测目标全部待测区域的分区域的成像。
本发明第三实施例的一种基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI系统，该系统包括：位置移动模块、轨迹扫描模块、信号采集模块、图像重建模块、循环模块；
所述位置移动模块，配置为将待测目标沿成像孔轴向移动至预设位置；
所述轨迹扫描模块，配置为基于所述圆环形永磁体对、所述弯曲矩形线圈对和所述第一圆筒形线圈构建径向-笛卡尔轨迹扫描的无场点和动态磁场；
所述信号采集模块，配置为基于所述第二圆筒形线圈、所述第三圆筒形线圈、所述第四圆筒形线圈采集磁粒子的非线性响应信号；
所述图像重建模块，配置为基于采集磁粒子的非线性响应信号，通过预设的成像算法重建磁粒子的物理特征空间分布图像；
所述循环模块，配置为沿成像孔轴方向移动待测目标的位置，重复轨迹扫描模块-图像重建模块，直至完成待测目标全部待测区域的分区域的成像。
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，上述描述的系统的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，上述实施例提供的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置/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。
本发明第四实施例的一种电子设备，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上述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI方法。
本发明第五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上述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI方法。
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，上述描述的电子设备、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6，其示出了适于用来实现本申请系统、方法、设备实施例的服务器的计算机系统的结构示意图。图6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6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、ROM602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、液晶显示器等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如局域网卡、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讯处理。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，根据本发明的实施例，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，本发明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、RAM、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，如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，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，包括局域网或广域网连接到用户计算机，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 (8)
1.一种基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置，其特征在于，该装置包括：梯度模块、旋转扫描模块、激励模块、感应模块和补偿模块；
所述梯度模块包括一对圆环形永磁体，两个圆环形永磁体形状相同、相互平行且中心轴共线；所述梯度模块，用于产生静态梯度磁场；
所述旋转扫描模块包括一对弯曲矩形线圈；所述弯曲矩形线圈对设置于所述圆环形永磁体对之间，所述弯曲矩形线圈对中的弯曲矩形线圈为弧形，且两个弯曲矩形线圈关于第一平面镜像设置；所述第一平面为包含圆环形永磁体对中心轴的平面；
所述旋转扫描模块，用于构建旋转的均匀交变磁场，以控制无场点沿成像孔径向做平移往复运动、沿成像孔轴向做旋转运动；所述成像孔轴向为平行所述圆环形永磁体对中心轴的轴线方向；所述成像孔径向为纵向垂直于成像孔轴向的方向；
所述激励模块为圆筒形线圈，作为第一圆筒形线圈；所述第一圆筒形线圈套设于所述弯曲矩形线圈对和所述圆环形永磁体对内侧；所述激励模块，用于构建均匀交变磁场；
所述弯曲矩形线圈对紧贴着第一圆柱面，所述第一圆柱面直径小于所述圆环形永磁体对的内直径，大于所述第一圆筒形线圈的外直径；
所述感应模块为圆筒形线圈，作为第二圆筒形线圈；所述第二圆筒形线圈套设于所述第一圆筒形线圈的内侧；所述感应模块，用于采集磁粒子的非线性磁化响应信号；
所述补偿模块包括两个圆筒形线圈，分别作为第三圆筒形线圈、第四圆筒形线圈；所述第四圆筒形线圈套设于所述第三圆筒形线圈的内侧；所述第三圆筒形线圈与所述第一圆筒形线圈串联；所述第四圆筒形线圈与所述第二圆筒形线圈串联；所述补偿模块，用于补偿所述第一圆筒形线圈对所述第二圆筒形线圈的耦合信号；
所述补偿模块位于所述梯度模块的外侧；所述补偿模块与所述梯度模块、所述旋转扫描模块、所述激励模块、所述感应模块之间的空间距离大于设定的距离阈值；
所述第一圆筒形线圈、所述第二圆筒形线圈、所述第三圆筒形线圈、所述第四圆筒形线圈与所述圆环形永磁体对的中心轴共轴。
2.根据权利要求1所述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置，其特征在于，所述基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置还包括电路系统、机械旋转装置、活体床、冷却系统、成像模块和控制装置；所述电路系统、所述机械旋转装置、所述活体床、所述冷却系统、所述成像模块均与所述控制装置信号连接；
所述电路系统，用于为扫描成像构件供电和采样；所述扫描成像构件为包括所述梯度模块、所述旋转扫描模块、所述激励模块、所述感应模块和所述补偿模块的扫描成像系统；
所述机械旋转装置，用于为所述扫描成像构件中的旋转扫描线圈提供机械旋转；
所述活体床，用于承载待测目标并沿成像孔轴线方向移动至给定位置；
所述冷却系统，用于吸收所述扫描成像构件工作时产生的热量；
所述成像模块，用于重建磁粒子的物理特征空间分布图像；
所述控制装置，用于按照设定的控制指令控制所述扫描成像构件的旋转扫描线圈对和激励线圈的电流变化、控制所述扫描成像构件的旋转扫描线圈对的机械旋转速度、控制活体床的移动深度以及控制冷却系统的液压、实现所产生的无场点的平移旋转逐层扫描，以对待测目标进行扫描成像。
3.根据权利要求2所述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置，其特征在于，所述基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置以所述圆环形永磁体对的中心轴方向为 方向、以圆筒形线圈的中心轴的纵向为方向。
4.根据权利要求2所述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置，其特征在于，所述圆环形永磁体对的剩磁方向相反且都平行于所述圆环形永磁体对的中心轴。
5.根据权利要求4所述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置，其特征在于，所述第三圆筒形线圈与所述第四圆筒形线圈的端电压相位相反。
6.一种基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI方法，基于权利要求5所述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI装置，其特征在于，该方法包括：
S100，将待测目标沿成像孔轴向移动至预设位置；
S200，基于所述圆环形永磁体对、所述弯曲矩形线圈对和所述第一圆筒形线圈构建径向-笛卡尔轨迹扫描的无场点和动态磁场；
S300，基于所述第二圆筒形线圈、所述第三圆筒形线圈、所述第四圆筒形线圈采集磁粒子的非线性响应信号；
S400，基于采集磁粒子的非线性响应信号，通过预设的成像算法重建磁粒子的物理特征空间分布图像；
S500，沿成像孔轴方向移动待测目标的位置，重复S200-S400，直至完成待测目标全部待测区域的分区域的成像。
7.根据权利要求6所述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI方法，其特征在于，径向-笛卡尔轨迹扫描的无场点和动态磁场的构建方法为：
保持所述圆环形永磁体对和所述第一圆筒形线圈固定；
控制所述弯曲矩形线圈对绕所述圆环形永磁体对中心轴匀速机械旋转，给所述弯曲矩形线圈对通入大小相等、方向相同的交变电流；同时给所述第一圆筒形线圈通入交变电流；
其中，所述第一圆筒形线圈通入交变电流频率至少N倍于所述弯曲矩形线圈对交变电流频率，所述弯曲矩形线圈对交变电流频率至少N倍于所述弯曲矩形线圈对机械旋转频率。
8.根据权利要求6所述的基于径向-笛卡尔轨迹扫描的人体尺度闭孔式MPI方法，其特征在于，基于所述第二圆筒形线圈、所述第三圆筒形线圈、所述第四圆筒形线圈采集磁粒子的非线性响应信号，其方法为：所述第二圆筒形线圈和所述第四圆筒形线圈串联输出电压信号进行滤波、降噪和放大处理，进而得到磁粒子的非线性响应信号。
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