【摘 要】
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基于示踪剂的医学成像技术是生物医学工程领域中一种对示踪剂分布进行检测,进而诊断疾病的影像技术,被广泛应用于体内生物医学诊断。其中,磁性纳米粒子成像（Magnetic Particle Imaging,MPI）是近年来兴起的一种基于示踪剂的断层成像技术,可定量检测磁性纳米粒子（Magnetic Nanoparticles,MNPs）的空间和浓度分布。在MPI中,由于MNPs具有超顺磁性,位于零磁场区
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基于示踪剂的医学成像技术是生物医学工程领域中一种对示踪剂分布进行检测,进而诊断疾病的影像技术,被广泛应用于体内生物医学诊断。其中,磁性纳米粒子成像（Magnetic Particle Imaging,MPI）是近年来兴起的一种基于示踪剂的断层成像技术,可定量检测磁性纳米粒子（Magnetic Nanoparticles,MNPs）的空间和浓度分布。在MPI中,由于MNPs具有超顺磁性,位于零磁场区域内的MNPs在外部交变磁场的作用下会产生非线性磁化响应,为实现粒子信号与空间位置的匹配与成像,需对MPI中的零磁场区域进行移动。对零磁场区域的扫描与控制方法的研究,可以提高MPI的成像速度与质量,具有重要的研究价值与意义。首先,根据MPI的成像原理,提出了一种基于开放结构MPI系统的线型零磁场电气驱动扫描方法,通过两组正交放置的平面梯度线圈产生线型零磁场并实现零磁场的电气旋转与选层操作,同时为保持系统开放式结构,通过在竖直方向增加一对亥姆霍兹线圈对来实现线型零磁场的电气平移操作并通过仿真证明该方法的可行性。其次,设计了线型零磁场电气驱动扫描控制方法,完成了开放结构MPI零磁场扫描控制系统。通过上位机软件实现该系统中电流模块、磁感应强度测量模块以及系统温度监测模块的控制,驱动线型零磁场生成、平移和旋转,线型零磁场均匀性和扫描误差满足成像要求。最后,基于MNPs的频率特性设计出了一款适用于开放结构MPI系统的单边差分接收线圈,并通过仿真验证了该结构的有效性。同时基于仿真参数设计并搭建出开放结构线型零磁场MPI系统,并完成磁性纳米粒子非线性磁化信号的检测和磁性纳米粒子模型的二维成像实验。实验结果表明,通过改变施加在电磁线圈结构中电流的幅值和方向可实现线型零磁场的平移距离和旋转角度的精确控制,并在梯度为0.1256T/m的MPI系统中完成对1mg/ml、40nm粒径磁性纳米粒子实验模型的非线性磁化信号的检测以及二维成像,成像分辨率可达9.5mm。因此,本文所提出的MPI零磁场扫描与控制方法提供了一种精准的空间编码方式,提高了开放结构磁纳米粒子断层成像系统的成像分辨率。
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