【摘 要】
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磁纳米粒子成像（Magnetic particle imaging,MPI）是一种新型医学成像方法,对于空间中的磁纳米粒子分布具有极高的灵敏度,同时克服了电离辐射的影响,能够获得磁性粒子的高质量的图像,具有高时空分辨率。MPI中磁纳米粒子信号的检测精度直接影响图像分辨率。针对MPI中磁纳米粒子信号检测的关键问题,提出一种基于二次谐波的磁纳米粒子非线性磁化信号检测方法。首先,根据磁纳米粒子磁化理论,
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磁纳米粒子成像（Magnetic particle imaging,MPI）是一种新型医学成像方法,对于空间中的磁纳米粒子分布具有极高的灵敏度,同时克服了电离辐射的影响,能够获得磁性粒子的高质量的图像,具有高时空分辨率。MPI中磁纳米粒子信号的检测精度直接影响图像分辨率。针对MPI中磁纳米粒子信号检测的关键问题,提出一种基于二次谐波的磁纳米粒子非线性磁化信号检测方法。首先,根据磁纳米粒子磁化理论,构建MPI扫描系统所需的静态选择磁场、激励磁场、与接收装置。构建能产生大磁场梯度的选择磁场结构,将其与激励磁场组合,共同构成线型零磁场系统。设计交流磁场与直流偏置场耦合场作为激励磁场,增强磁纳米粒子检测信号能量,有效避免单一高振福的交流磁场对组织神经的热伤害。研究交流激励场强和直流偏置场强耦合后作用于粒子的最优关系。其次,基于检测线圈中的信号分析,设计粒子信号处理电路分离出信号中的谐波信号,滤除检测线圈中的基频信息并放大粒子信号。讨论MPI中磁纳米粒子信号补偿的多种方法,设计双平面梯度检测线圈,检测粒子信号的二次谐波信号,去除背景信号的干扰,得到信号强度放大4倍的粒子信号。利用直流偏置线圈实现平移旋转扫描功能,优化开放式MPI系统结构,提高粒子信号强度。最后,经实验验证,磁纳米粒子信号检测系统中交流激励场强和直流偏置场强的比值达到2:1时,磁纳米粒子的二次谐波信号强度最优,该方法获得粒子信号的信噪比是原有三次谐波检测方法的1.52倍,有效增强了粒子检测信号的信噪比。利用磁纳米粒子信号检测系统研究粒子信号与粒子粒径、粒子浓度的关系,确定粒径为40nm、浓度为3-5mol/L的粒子作为检测系统的示踪剂,并根据磁粒子二次谐波、三次谐波信号重建中心平面的粒子浓度分布,验证了磁纳米粒子信号检测方法应用于实际MPI系统中的可行性。综上,本文提出的基于二次谐波的磁纳米粒子信号检测方法为MPI系统提供了一种更高精度的信号检测方法。
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