基于弛豫矫正的磁粒子成像分辨率提升系统、方法及设备

专利主权项内容

1.一种基于弛豫矫正的磁粒子成像分辨率提升系统，其特征在于，该系统包括基于电磁线圈的MPI成像设备、注满磁纳米粒子的点状样本、待成像对象、控制处理器；所述基于电磁线圈的MPI成像设备和所述控制处理器之间通过线缆或无线的方式进行通信连接；所述控制处理器生成所述基于电磁线圈的MPI成像设备的扫描参数并通过线缆或无线通信进行参数设置；当所述基于电磁线圈的MPI成像设备接收到所述控制处理器发送的第一成像指令时，将所述注满磁纳米粒子的点状样本在成像视野中进行逐点扫描，得到时域系统矩阵，经傅里叶变换得到频域系统矩阵，发送至所述控制处理器；当所述基于电磁线圈的MPI成像设备接收到所述控制处理器发送的第二成像指令时，对所述待成像对象进行扫描得到时域响应信号，并进行傅里叶转换得到频域响应信号，发送至所述控制处理器；所述控制处理器包括弛豫时间计算模块、弛豫核计算模块、矫正模块、图像重建模块；所述弛豫时间计算模块，配置为保持所述待成像对象在所述基于电磁线圈的MPI成像设备的成像视野中，仅保留高频动态激励场，测量磁粒子的时域响应信号，进而计算磁粒子在X方向、Y方向、Z方向激励下的弛豫时间；所述弛豫核计算模块，配置为根据各弛豫时间，计算各弛豫时间对应的弛豫核；所述矫正模块，配置为基于各弛豫核，计算各弛豫核对应的弛豫权重矩阵；结合各弛豫权重矩阵，对所述频域系统矩阵、所述频域响应信号矫正，得到矫正系统矩阵、矫正响应信号；基于所述矫正系统矩阵、所述矫正响应信号，计算所述待成像对象的磁粒子浓度分布；所述图像重建模块，配置为基于所述磁粒子浓度分布，利用基于系统矩阵的重建算法进行重建，得到所述待成像对象的高分辨率MPI图像；计算磁粒子在X方向、Y方向、Z方向激励下的弛豫时间，其方法为：分别截取所述基于电磁线圈的MPI成像设备不同方向的接收线圈一个周期的时域接收信号，并分解为正向激励周期信号与逆向激励周期信号，进而计算不同方向激励下的弛豫时间：
；其中，，/>、/>、/>分别表示在在X方向、Y方向、Z方向激励下的弛豫时间，/>为虚数单位，/>表示共轭，/>表示逆向激励周期信号的傅里叶变换，/>表示正向激励周期信号的傅里叶变换；根据各弛豫时间，计算各弛豫时间对应的弛豫核，其方法为：基于各弛豫时间，通过德拜模型，计算各弛豫时间对应的弛豫核：
；其中，，/>，/>、/>、/>分别表示在X方向、Y方向、Z方向上的弛豫核，/>表示时间；基于各弛豫核，计算各弛豫核对应的弛豫权重矩阵，其方法为：基于各弛豫核，通过德拜模型，得到粒子时域弛豫响应信号，即时域响应信号：
；其中，u表示无弛豫情况下的理想时域响应信号；it结合所述粒子时域弛豫响应信号，对公式进行推导：
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；其中，表示时域系统矩阵，/>为无弛豫效应情况下的频域系统矩阵，/>表示待成像对象的磁粒子浓度分布，/>表示无弛豫效应情况下的频域响应信号，/>表示带弛豫响应信号中的弛豫项，添加弛豫权重矩阵/>，即可消除弛豫对响应信号的影响；所述矫正系统矩阵和所述矫正响应信号的获取方法为：所述矫正系统矩阵，其获取方法为：
；其中，表示矫正系统矩阵，/>、/>、/>分别表示X方向、Y方向、Z方向上的矫正系统矩阵，/>、/>、/>分别表示X方向、Y方向、Z方向上的弛豫权重矩阵，/>、/>、分别表示X方向、Y方向、Z方向上的弛豫系统矩阵；所述矫正响应信号，其获取方法为：
；其中，表示矫正响应信号，/>、/>、/>分别表示X方向、Y方向、Z方向上的矫正响应信号，/>、/>、/>分别表示待成像对象X方向、Y方向、Z方向上的弛豫响应信号。 微信公众号