医学成像技术是生物医学工程领域当中一种能够对疾病进行检查、诊断的影像技术,其中磁性粒子成像(Magnetic Particle Imaging,MPI)是一种具有高成像分辨率的示踪剂成像技术。MPI利用磁性纳米粒子示踪剂在零磁场中的非线性磁化特性,可视化被测物内的示踪剂浓度的空间分布。MPI扫描仪的线圈结构及扫描决定了其成像分辨率以及重建图像的成像效果。本文针对生物磁性纳米粒子成像,提出了一种具有线型零磁场扫描方式,设计了MPI成像关键技术部分,提高了成像系统的高分辨率。首先,研究了基于线型零磁场的MPI原理,针对现阶段成像系统的开放式扫描难题,提出了一种高分辨率的开放式线型零磁场,为开放式二维扫描成像提供了基础磁场。采用梯度静磁场构造线型零磁场以确定示踪剂的位置,均匀交变磁场及变化的梯度静磁场实现线型零磁场的平移和旋转扫描。并对该线圈结构进行详细的设计分析,确定了实现高分辨率MPI线圈系统的电流驱动方式。其次,基于磁性粒子的非线性磁化特性及其磁化的频率特性,提出了磁性粒子信号三次谐波差分检测法。通过建模仿真研究了交变场下磁性粒子的非线性磁化响应特性,及磁性粒子信号的频谱特性。在此基础上,搭建信号检测实验系统,分析检测信号的频谱特性及功率谱密度,研究信号与激励频率之间的关系。最后,针对线型零磁场MPI方法进行仿真分析及成像研究。针对线型零磁场中的中心磁场、扫描性能及分辨率进行仿真实验分析,并建立接收信号数值模型,设计了用于粒子浓度二维扫描的反投影重建方法,实现了针对不同目标的粒子浓度模型的标记重建图像。仿真及成像实验结果表明:在交变激励场下,磁性纳米粒子产生高于背景信号的尖峰信号,且磁性纳米粒子信号存在于检测信号频谱的奇次谐波中,其频谱能量集中在三次谐波处,即可以实现满足医用检测需求的三次谐波磁性粒子信号检测。同时,经仿真结果证明,本文所设计的开放式线型零磁场能够满足磁性粒子成像的需求,在1.316T/m的梯度磁场中可以实现在成像区域为17mm×17mm内的磁性纳米粒子示踪剂的高分辨率成像,其分辨率可达亚毫米级,且能够清晰地分辨出不同大小、不同位置、不同浓度的磁性纳米粒子浓度模型,理论证明了开放式线型零磁场扫描方式用于MPI的可行性。