CN116626563A - 一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置及方法，旨在解决现有MPI方法在大视野与高分辨成像之间存在矛盾的问题。本装置包括：信号检测模块、电控模块和信号处理与图像重建模块；所述信号检测模块包括梯度场生成单元、偏置场生成单元、激励单元、接收单元和位移床；所述电控模块包括磁体控制单元、磁场控制单元和床体控制单元；所述信号处理与图像重建模块包括信号处理单元、数据采集单元、数据处理单元和图像显示单元。本发明可以在降低系统的硬件要求以及减少扫描时间的同时保证对感兴趣区域的高分辨率成像。

Description

一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置及方法

技术领域

本发明属于磁粒子成像技术领域，具体涉及一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置及方法。

背景技术

磁粒子成像(Magnetic Particle Imaging,MPI)是一种新兴的医学成像技术，其利用超顺磁性氧化铁纳米粒子(Superparamagnetic iron oxide nanoparticles，SPION)在交变磁场中的非线性响应特性，能够进行无创、定量、快速的在体成像。当前，磁粒子成像技术已经在肿瘤检测、心血管成像等方面进行了成功的实验，展现了其未来在人体应用上的巨大潜力。

在磁粒子成像设备中，扫描的视野(Field of view,FOV)大小与静态场(梯度磁场)与动态场(激励磁场与扫描磁场)存在x＝2A/G的关系，其中x为视野大小，单位为m；A为动态场大小，单位为T；G为静态场大小，单位为T/m。同时，最终成像的分辨率可由半峰全宽(Fullwidth at half maxima,FWHM)表示，满足的关系，其中β表示磁粒子磁化曲线陡度的比例因子，粒子不变时该参数不变；因此梯度场G越大，重建图像的分辨率越高。

通过设置静态场与动态场的场强大小，能够控制成像视野的大小，并控制无磁场区在FOV内进行扫描。在进行仿体实验时，能够根据成像需求这一先验信息精准调整FOV的位置，然而在肿瘤筛查等实际场景下，感兴趣区域的位置常常并不确定。因此，需要扫描较大的FOV以保证能够对感兴趣区域进行成像。当前主要有三种方式能够实现上述目的，如图8所示：

1、使用低梯度场进行扫描：在低梯度场下，更易实现大视野成像，但重建图像的分辨率较低，不利于观察分析磁粒子空间分布的细节信息；

2、使用高梯度场进行扫描：在高梯度场下，能够实现高分辨成像。但在高梯度场下若要维持FOV的大小，使用的交流激励场与扫描场场强强度也需要更高，这对线圈的硬件要求非常高(如耐压、耐流、耐温等)，也对前端供电装置要求大大增高(如功率放大器等)。同时，高强度的交流激励场在人体实验中会使人体产生不适，对未来潜在的人体应用不利。

3、使用高梯度场多块扫描：为了降低对线圈的硬件要求，可以引入聚焦场，将整个FOV分割成多个块，通过逐个扫描直至完成整个FOV的扫描，能够实现高分辨成像。但该方法需要扫描N次(对应N个块)，所耗费的时间多。

由上可知，当感兴趣区域具体位置未知时，当前的MPI成像方法在大视野与高分辨成像之间存在矛盾，这一矛盾将限制MPI成像在精准成像中的应用，因此，为了进一步拓展MPI在生物医学成像中的发展，需要一种能平衡两者的成像方法与系统。

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MPI成像方法在大视野与高分辨成像之间存在矛盾的问题，本发明提供了一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，该装置包括信号检测模块；

所述信号检测模块，包括梯度场生成单元、偏置场生成单元、激励单元、接收单元和位移床；

所述梯度场生成单元，包括两块圆环形磁体，所述两块圆环形磁体磁极相对、同轴且轴线与X轴重合；所述梯度场生成单元，用于生成磁场自由点；

所述偏置场生成单元，包括Y方向偏置线圈和Z方向偏置线圈；所述Y方向偏置线圈，包括两个第一铜线圈，所述两个第一铜线圈同轴且轴线与Y轴重合；所述Z方向偏置线圈，包括两个第二铜线圈，所述两个第二铜线圈同轴且轴线与Z轴重合；所述偏置场生成单元，用于生成沿Y、Z方向的匀强磁场；

所述激励单元设置于所述梯度场生成单元与所述偏置场生成单元形成的包围空间中，包括X方向激励线圈、Y方向激励线圈对和Z方向激励线圈对；所述X方向激励线圈绕于第一空心圆柱体上，所述X方向激励线圈的轴线与所述两块圆环形磁体的轴线重合，且所述两块圆环形磁体对称位于所述X方向激励线圈两端；所述Y方向激励线圈对中的两个Y方向激励线圈沿Y方向对称设置；所述Z方向激励线圈对中的两个Z方向激励线圈沿Z方向对称设置；所述Y方向激励线圈与所述Z方向激励线圈形状相同；所述Y方向激励线圈、所述Z方向激励线圈沿所述第一空心圆柱体周向依次排列设置；所述激励单元，用于通入设定频率的电流激发磁纳米粒子产生磁粒子响应信号；

所述接收单元设置于所述激励单元内部，且与所述激励单元同轴；所述接收单元，包括X方向接收线圈、Y方向接收线圈对和Z方向接收线圈对；所述X方向接收线圈绕于第二空心圆柱体上；所述Y方向接收线圈对中的两个Y方向接收线圈沿Y方向对称设置；所述Z方向接收线圈对中的两个Z方向接收线圈沿Z方向对称设置；所述Y方向接收线圈与所述Z方向接收线圈形状相同；所述Y方向接收线圈、所述Z方向接收线圈沿所述第一空心圆柱体周向依次排列设置；所述接收单元，用于接收磁粒子响应信号作为第一粒子信号；

所述位移床，位于所述X方向接收线圈内部；所述位移床，用于沿X方向移动待成像的目标对象。

在一些优选的实施方式中，所述Y方向偏置线圈和所述Z方向偏置线圈轴线的交点与所述两块圆环形磁体的轴线重叠。

在一些优选的实施方式中，所述第一铜线圈和所述第二铜线圈均为空心铜线圈。

在一些优选的实施方式中，所述Y方向激励线圈的两端为弧形、中部为镂空矩形框；所述Z方向激励线圈的两端为弧形、中部为镂空矩形框。

在一些优选的实施方式中，所述设定频率的电流为高频交流电。

在一些优选的实施方式中，所述激励单元横截面的最大直径小于所述两块圆环形磁体横截面的最小直径。

在一些优选的实施方式中，该装置还包括电控模块；所述电控模块，包括磁体控制单元、磁场控制单元和床体控制单元；

所述磁体控制单元，包括第一位移台，用于驱动所述两块圆环形磁体进行相对运动，改变梯度磁场强度，进而改变扫描视野大小；

所述磁场控制单元，包括信号发生器和功率放大器，用于向所述偏置场生成单元和所述激励单元通入电流，在空间中产生磁场；

所述床体控制单元，包括第二位移台，用于驱动所述位移床沿X轴方向移动。

在一些优选的实施方式中，该装置还包括信号处理与图像重建模块；所述信号处理与图像重建模块，包括信号处理单元、数据采集单元、数据处理单元和图像显示单元；

所述信号处理单元，包括陷波器和运算放大器，用于对所述第一粒子信号进行预处理，得到第二粒子信号；

所述数据采集单元，包括数据采集卡，用于采集所述第二粒子信号；

所述数据处理单元，包括高性能计算机，用于将所述第二粒子信号重建为图像；

所述图像显示单元，包括显示器，用于显示操作界面和重建图像信息。

在一些优选的实施方式中，所述预处理包括滤除基频信号和放大信号。

本发明的第二方面，提出了一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像方法，该方法包括以下步骤：

步骤S100，将在所述位移床上的待成像的目标对象移入所述梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置的成像孔中心；设定低分辨成像过程中的第一梯度磁场强度，并计算所述两块圆环形磁体之间对应的第一距离；移动所述两块圆环形磁体至间距为第一距离，并计算激励单元各线圈所需电流值，作为第一电流值；通入所述第一电流值激发磁纳米粒子，并使扫描视野覆盖待成像区域，扫描得到第一信号；

步骤S200，基于所述第一信号，重建得到低分辨图像；在所述低分辨图像上选取感兴趣区域，对所述感兴趣区域进行高分辨成像；结合设定的目标分辨率，计算所述激励单元各激励线圈所需电流值，作为第二电流值；计算要达到所述设定的目标分辨率所需要的第二梯度磁场强度，并计算所述两块圆环形磁体之间对应的第二距离；

步骤S300，移动所述两块圆环形磁体至间距为第二距离，将梯度磁场强度增强至所述第二梯度磁场强度；同时移动所述位移床，使所述感兴趣区域的中心移动到x＝0的平面上；向偏置场生成单元各线圈通入电流，将磁场自由点移动到感兴趣区域的中心位置，向激励单元各线圈通入所述第二电流值，扫描得到第二信号；

步骤S400，通过所述第二信号，重建得到高分辨的感兴趣区域图像；用所述高分辨的感兴趣区域图像代替所述感兴趣区域，组合得到整个扫描视野的高分辨图像。

本发明的有益效果：

本发明通过控制装置内磁体移动，根据成像需求改变梯度磁场强度，进而实现梯度自适应变化。在低梯度条件下允许设备在较大视野下进行成像，并据此找到感兴趣区域，并对感兴趣区域进行高分辨成像，实现视野自适应变化；本发明与传统方法相比，可以在降低系统的硬件要求以及减少扫描时间的同时保证对感兴趣区域的高分辨率成像。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明一种实施例的梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置的信号检测模块三维示意图；

图2是本发明一种实施例的梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置的偏置模块三维示意图；

图3是本发明一种实施例的梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置的激励模块三维示意图；

图4是本发明一种实施例的梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置的接受模块三维示意图；

图5是本发明一种实施例的梯度与视野自适应的三维磁粒子成像系统的框架示意图；

图6是本发明一种实施例的梯度与视野自适应的三维磁粒子成像方法的流程示意图；

图7是本发明一种实施例的梯度与视野自适应的三维磁粒子成像方法的成像示意图；

图8是本发明背景技术中现有三种方法的成像示意图。

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明提供了一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，所述装置的坐标系为笛卡尔坐标系，该装置包括信号检测模块；

所述信号检测模块，包括梯度场生成单元、偏置场生成单元、激励单元、接收单元和位移床；

所述梯度场生成单元，包括两块圆环形磁体，所述两块圆环形磁体磁极相对、同轴且轴线与X轴重合；所述梯度场生成单元，用于生成磁场自由点；

所述偏置场生成单元，包括Y方向偏置线圈和Z方向偏置线圈；所述Y方向偏置线圈，包括两个第一铜线圈，所述两个第一铜线圈同轴且轴线与Y轴重合；所述Z方向偏置线圈，包括两个第二铜线圈，所述两个第二铜线圈同轴且轴线与Z轴重合；所述偏置场生成单元，用于生成沿Y、Z方向的匀强磁场；

所述激励单元设置于所述梯度场生成单元与所述偏置场生成单元形成的包围空间中，包括X方向激励线圈、Y方向激励线圈对和Z方向激励线圈对；所述X方向激励线圈绕于第一空心圆柱体上，所述X方向激励线圈的轴线与所述两块圆环形磁体的轴线重合，且所述两块圆环形磁体对称位于所述X方向激励线圈两端；所述Y方向激励线圈对中的两个Y方向激励线圈沿Y方向对称设置；所述Z方向激励线圈对中的两个Z方向激励线圈沿Z方向对称设置；所述Y方向激励线圈与所述Z方向激励线圈形状相同；所述Y方向激励线圈、所述Z方向激励线圈沿所述第一空心圆柱体周向依次排列设置；所述激励单元，用于通入设定频率的电流激发磁纳米粒子产生磁粒子响应信号；

所述接收单元设置于所述激励单元内部，且与所述激励单元同轴；所述接收单元，包括X方向接收线圈、Y方向接收线圈对和Z方向接收线圈对；所述X方向接收线圈绕于第二空心圆柱体上；所述Y方向接收线圈对中的两个Y方向接收线圈沿Y方向对称设置；所述Z方向接收线圈对中的两个Z方向接收线圈沿Z方向对称设置；所述Y方向接收线圈与所述Z方向接收线圈形状相同；所述Y方向接收线圈、所述Z方向接收线圈沿所述第一空心圆柱体周向依次排列设置；所述接收单元，用于接收磁粒子响应信号作为第一粒子信号；

所述位移床，位于所述X方向接收线圈内部；所述位移床，用于沿X方向移动待成像的目标对象。

为了更清晰地对本发明一种基于磁粒子成像的手持式乳腺肿瘤检测装置进行说明，下面结合附图对本发明装置实施例中各模块展开详述。

一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，所述装置的坐标系为笛卡尔坐标系，该装置包括信号检测模块；

所述信号检测模块，如图1所示，包括梯度场生成单元、偏置场生成单元、激励单元、接收单元和位移床；

所述梯度场生成单元，如图2所示，包括两块圆环形磁体，所述两块圆环形磁体磁极相对、同轴且轴线与X轴重合；所述梯度场生成单元，用于生成磁场自由点；

在本实施例中，所述两块圆环形磁体用于生成梯度磁场，且在其中心位置生成磁场自由点(Field free point，FFP)；所述两块圆环形磁体相互远离时，梯度磁场强度减少；相互靠近时，梯度磁场强度增大。

所述偏置场生成单元，如图3所示，包括Y方向偏置线圈和Z方向偏置线圈；所述Y方向偏置线圈，包括两个第一铜线圈，所述两个第一铜线圈同轴且与Y轴重合；所述Z方向偏置线圈，包括两个第二铜线圈，所述两个第二铜线圈同轴且轴线与Z轴重合；所述偏置场生成单元，用于生成沿Y、Z方向的匀强磁场；

在本实施例中，工作时在两个第一铜线圈中通入同向电流，在中心区域生成沿Y方向的匀强磁场；在两个第二铜线圈中通入同向电流，在中心区域生成沿Z方向的匀强磁场；

由于每对Y方向偏置线圈和每对Z方向偏置线圈的中心距离较大，电流-磁场转化效率较低，在生成目标匀强磁场时需要通入大电流，因此使用空心铜线圈；在工作时同时通入循环冷却液，防止线圈过热、保持系统稳定。基于沿Y、Z方向的匀强磁场与梯度磁场的叠加，能够在YZ平面内移动磁场自由点。

所述激励单元设置于所述梯度场生成单元与所述偏置场生成单元形成的包围空间中，如图4所示，包括X方向激励线圈、Y方向激励线圈对和Z方向激励线圈对；所述X方向激励线圈绕于第一空心圆柱体上，所述X方向激励线圈的轴线与所述两块圆环形磁体的轴线重合，且所述两块圆环形磁体对称位于所述X方向激励线圈两端；所述Y方向激励线圈对中的两个Y方向激励线圈沿Y方向对称设置；所述Z方向激励线圈对中的两个Z方向激励线圈沿Z方向对称设置；所述Y方向激励线圈与所述Z方向激励线圈形状相同；所述Y方向激励线圈、所述Z方向激励线圈沿所述第一空心圆柱体周向依次排列设置；所述激励单元，用于通入设定频率的电流激发磁纳米粒子产生磁粒子响应信号；

在本实施例中，工作时向X、Y、Z方向激励线圈中通入高频交流电，即可在中心区域生成沿X、Y、Z方向的匀强磁场；交流场的加入，能够移动磁场自由点扫描视野，并且激发视野中的粒子产生非线性响应信号。

所述接收单元设置于所述激励单元内部，且与所述激励单元同轴；所述接收单元，包括X方向接收线圈、Y方向接收线圈对和Z方向接收线圈对；所述X方向接收线圈绕于第二空心圆柱体上；所述Y方向接收线圈对中的两个Y方向接收线圈沿Y方向对称设置；所述Z方向接收线圈对中的两个Z方向接收线圈沿Z方向对称设置；所述Y方向接收线圈与所述Z方向接收线圈形状相同；所述Y方向接收线圈、所述Z方向接收线圈沿所述第一空心圆柱体周向依次排列设置；所述接收单元，用于接收磁粒子响应信号作为第一粒子信号；

在本实施例中，X、Y、Z方向接收线圈分别接收磁粒子响应信号在X、Y、Z方向上的分量。

所述位移床，位于所述X方向接收线圈内部；所述位移床，用于沿X方向移动待成像的目标对象。

所述Y方向偏置线圈和所述Z方向偏置线圈轴线的交点与所述两块圆环形磁体的轴线重叠。

所述第一铜线圈和所述第二铜线圈均为空心铜线圈。

所述Y方向激励线圈的两端为弧形、中部为镂空矩形框；所述Z方向激励线圈的两端为弧形、中部为镂空矩形框。

所述Y方向激励线圈和所述Z方向激励线圈组合后近似空心圆柱体。

所述设定频率的电流为高频交流电。

所述激励单元横截面的最大直径小于所述两块圆环形磁体横截面的最小直径。

在本实施例中，所述激励单元横截面的最大直径为所述Y方向激励线圈对和所述Z方向激励线圈对组成的空心圆柱横截面的外直径；所述两块圆环形磁体横截面的最小直径为圆环形面的内直径。

该装置还包括电控模块；所述电控模块，包括磁体控制单元、磁场控制单元和床体控制单元；

所述磁体控制单元，包括第一位移台，用于驱动所述两块圆环形磁体进行相对运动，改变梯度磁场强度，进而改变扫描视野大小；

所述磁场控制单元，包括信号发生器和功率放大器，用于向所述偏置场生成单元和所述激励单元通入电流，在空间中产生磁场；

在本实施例中，所述信号发生器用于对所述偏置场生成单元和所述激励单元施加高频激励电流，产生激励信号；所述功率放大器用于将所述激励信号放大后传输到各偏置线圈和各激励线圈。

所述床体控制单元，包括第二位移台，用于驱动所述位移床沿X轴方向移动。

该装置还包括信号处理与图像重建模块；所述信号处理与图像重建模块，包括信号处理单元、数据采集单元、数据处理单元和图像显示单元；

所述信号处理单元，包括陷波器和运算放大器，用于对所述第一粒子信号进行预处理，得到第二粒子信号；

所述数据采集单元，包括数据采集卡，用于采集所述第二粒子信号；

所述数据处理单元，包括高性能计算机，用于将所述第二粒子信号重建为图像；

所述图像显示单元，包括显示器，用于显示操作界面和重建图像信息。

所述预处理包括滤除基频信号和放大信号。

在本实施例中，所述陷波器用于滤除所述第一粒子信号的基频信号，所述运算放大器用于放大滤除基频信号后的所述第一粒子信号信号。

本发明第二实施例的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像系统，如图5所示，该系统包括电控模块、信号检测模块和信号处理与图像重建模块；

所述电控模块，包括磁体控制单元6、磁场控制单元7和床体控制单元8；

所述信号检测模块，包括梯度场生成单元1、偏置场生成单元2、激励单元3、接收单元4和位移床5；

所述信号处理与图像重建模块，包括信号处理单元9、数据采集单元10、数据处理单元11和图像显示单元12。

本发明第三实施例的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像方法，如图6和图7所示，该方法包括以下步骤：

步骤S100，将在所述位移床上的待成像的目标对象移入所述梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置的成像孔中心；设定低分辨成像过程中的第一梯度磁场强度(低梯度场)，并计算所述两块圆环形磁体之间对应的第一距离；移动所述两块圆环形磁体至间距为第一距离，并计算激励单元各线圈所需电流值，作为第一电流值；通入所述第一电流值激发磁纳米粒子，并使扫描视野覆盖待成像区域，扫描得到第一信号；

在本实施例中，所述待成像区域为待成像的目标对象的所有可能的感兴趣区域，此次扫描为低梯度、大视野扫描。

步骤S200，基于所述第一信号，重建得到低分辨图像；在所述低分辨图像上选取感兴趣区域，对所述感兴趣区域进行高分辨成像；结合设定的目标分辨率，计算所述激励单元各激励线圈所需电流值，作为第二电流值；计算要达到所述设定的目标分辨率所需要的第二梯度磁场强度(高梯度场)，并计算所述两块圆环形磁体之间对应的第二距离；

步骤S300，移动所述两块圆环形磁体至间距为第二距离，将梯度磁场强度增强至第二梯度磁场强度；同时移动所述位移床，使所述感兴趣区域的中心移动到x＝0的平面上；向偏置场生成单元各线圈通入电流，将磁场自由点移动到感兴趣区域的中心位置，向激励单元各线圈通入所述第二电流值，扫描得到第二信号；

在本实施例中，移动所述两块圆环形磁体至间距为第二距离时，所述两块圆环形磁体相向运动，互相靠近；此次扫描为高梯度、小视野扫描。

步骤S400，通过所述第二信号，重建得到高分辨的感兴趣区域图像；用所述高分辨的感兴趣区域图像代替所述感兴趣区域，组合得到整个扫描视野的高分辨图像。

在本实施例中，由于MPI不显示结构信息，低分辨图像中的非感兴趣区域通常不包含有用信息，因此无需将该区域的分辨率提升。

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。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，所述装置的坐标系为笛卡尔坐标系，其特征在于，该装置包括信号检测模块；

所述信号检测模块，包括梯度场生成单元、偏置场生成单元、激励单元、接收单元和位移床；

所述梯度场生成单元，包括两块圆环形磁体，所述两块圆环形磁体磁极相对、同轴且轴线与X轴重合；所述梯度场生成单元，用于生成磁场自由点；

所述偏置场生成单元，包括Y方向偏置线圈和Z方向偏置线圈；所述Y方向偏置线圈，包括两个第一铜线圈，所述两个第一铜线圈同轴且轴线与Y轴重合；所述Z方向偏置线圈，包括两个第二铜线圈，所述两个第二铜线圈同轴且轴线与Z轴重合；所述偏置场生成单元，用于生成沿Y、Z方向的匀强磁场；

所述激励单元设置于所述梯度场生成单元与所述偏置场生成单元形成的包围空间中，包括X方向激励线圈、Y方向激励线圈对和Z方向激励线圈对；所述X方向激励线圈绕于第一空心圆柱体上，所述X方向激励线圈的轴线与所述两块圆环形磁体的轴线重合，且所述两块圆环形磁体对称位于所述X方向激励线圈两端；所述Y方向激励线圈对中的两个Y方向激励线圈沿Y方向对称设置；所述Z方向激励线圈对中的两个Z方向激励线圈沿Z方向对称设置；所述Y方向激励线圈与所述Z方向激励线圈形状相同；所述Y方向激励线圈、所述Z方向激励线圈沿所述第一空心圆柱体周向依次排列设置；所述激励单元，用于通入设定频率的电流激发磁纳米粒子产生磁粒子响应信号；

所述接收单元设置于所述激励单元内部，且与所述激励单元同轴；所述接收单元，包括X方向接收线圈、Y方向接收线圈对和Z方向接收线圈对；所述X方向接收线圈绕于第二空心圆柱体上；所述Y方向接收线圈对中的两个Y方向接收线圈沿Y方向对称设置；所述Z方向接收线圈对中的两个Z方向接收线圈沿Z方向对称设置；所述Y方向接收线圈与所述Z方向接收线圈形状相同；所述Y方向接收线圈、所述Z方向接收线圈沿所述第一空心圆柱体周向依次排列设置；所述接收单元，用于接收磁粒子响应信号作为第一粒子信号；

所述位移床，位于所述X方向接收线圈内部；所述位移床，用于沿X方向移动待成像的目标对象。

2.根据权利要求1所述的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，其特征在于，所述Y方向偏置线圈和所述Z方向偏置线圈轴线的交点与所述两块圆环形磁体的轴线重叠。

3.根据权利要求1所述的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，其特征在于，所述第一铜线圈和所述第二铜线圈均为空心铜线圈。

4.根据权利要求1所述的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，其特征在于，所述Y方向激励线圈的两端为弧形、中部为镂空矩形框；所述Z方向激励线圈的两端为弧形、中部为镂空矩形框。

5.根据权利要求1所述的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，其特征在于，所述设定频率的电流为高频交流电。

6.根据权利要求1所述的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，其特征在于，所述激励单元横截面的最大直径小于所述两块圆环形磁体横截面的最小直径。

7.根据权利要求1所述的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，其特征在于，该装置还包括电控模块；所述电控模块，包括磁体控制单元、磁场控制单元和床体控制单元；

所述磁体控制单元，包括第一位移台，用于驱动所述两块圆环形磁体进行相对运动，改变梯度磁场强度，进而改变扫描视野大小；

所述磁场控制单元，包括信号发生器和功率放大器，用于向所述偏置场生成单元和所述激励单元通入电流，在空间中产生磁场；

所述床体控制单元，包括第二位移台，用于驱动所述位移床沿X轴方向移动。

8.根据权利要求1所述的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，其特征在于，该装置还包括信号处理与图像重建模块；所述信号处理与图像重建模块，包括信号处理单元、数据采集单元、数据处理单元和图像显示单元；

所述信号处理单元，包括陷波器和运算放大器，用于对所述第一粒子信号进行预处理，得到第二粒子信号；

所述数据采集单元，包括数据采集卡，用于采集所述第二粒子信号；

所述数据处理单元，包括高性能计算机，用于将所述第二粒子信号重建为图像；

所述图像显示单元，包括显示器，用于显示操作界面和重建图像信息。

9.根据权利要求8所述的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，其特征在于，所述预处理包括滤除基频信号和放大信号。

10.一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像方法，基于权利要求1-9任一项所述的一种梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S100，将在所述位移床上的待成像的目标对象移入所述梯度与视野自适应的三维磁粒子成像装置的成像孔中心；设定低分辨成像过程中的第一梯度磁场强度，并计算所述两块圆环形磁体之间对应的第一距离；移动所述两块圆环形磁体至间距为第一距离，并计算激励单元各线圈所需电流值，作为第一电流值；通入所述第一电流值激发磁纳米粒子，并使扫描视野覆盖待成像区域，扫描得到第一信号；

步骤S200，基于所述第一信号，重建得到低分辨图像；在所述低分辨图像上选取感兴趣区域，对所述感兴趣区域进行高分辨成像；结合设定的目标分辨率，计算所述激励单元各激励线圈所需电流值，作为第二电流值；计算要达到所述设定的目标分辨率所需要的第二梯度磁场强度，并计算所述两块圆环形磁体之间对应的第二距离；

步骤S300，移动所述两块圆环形磁体至间距为第二距离，将梯度磁场强度增强至所述第二梯度磁场强度；同时移动所述位移床，使所述感兴趣区域的中心移动到x＝0的平面上；向偏置场生成单元各线圈通入电流，将磁场自由点移动到感兴趣区域的中心位置，向激励单元各线圈通入所述第二电流值，扫描得到第二信号；

步骤S400，通过所述第二信号，重建得到高分辨的感兴趣区域图像；用所述高分辨的感兴趣区域图像代替所述感兴趣区域，组合得到整个扫描视野的高分辨图像。