磁性粒子成像(Magnetic Particle Imaging,MPI)技术可以直接对磁性纳米粒子的空间分布进行成像,其具有的优越灵敏度和分辨率使其显示出具有作为碘或钆造影剂的安全替代品的卓越应用前景。MPI成像的原理可以使用朗之万定理加以描述,超顺磁性纳米粒子(Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles,SPION)在交变的磁场中可以产生非线性的磁化响应,其在接收线圈中表现为交变电压形式,进而通过数据采集收集数据,然后开展后期的成像处理。在MPI系统中,主要利用磁性纳米粒子的超顺磁性特点,使用梯度磁场中间形成场强为零的零磁场点(Field Free Point,FFP)激励SPION,SPION磁化行为可以使用朗之万定理描述,可以表征为距离动态FFP不同距离的SPION处于磁化饱和和非饱和状态,以上两种状态可以使得SPION产生非线性的磁化响应和不产生非线性的磁化响应,进而区分SPION的分布信息。本文首先从磁性物质的顺磁性和超顺磁性物理原理出发,引出小于100nm的磁性纳米粒子具有超顺磁性的物理性质,随后使用朗之万定理对粒子产生非线性磁化响应进行理论层次的计算和分析,其中包括整个MPI系统中的梯度磁场和激励磁场的设置、粒子浓度和粒径等参数的选取等,对粒子产生的非线性磁化响应进行分析,观察粒子产生的时域信号特点,然后在仿真环境中通过设置不同的粒子浓度、粒径和梯度磁场的梯度值,仿真并分析粒子的时域信号特点,选取粒子合适的浓度和粒径以及梯度磁场作为硬件系统的参数,然后详细分析了本文使用的X-space原理,直接使用SPION产生的时域信号对粒子分布进行重建。通过仿真确定了SPION的时域信号基本结构以及从频谱中得出奇次谐波占有主要部分的结论,随后搭建了MPI硬件系统,其中使用可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为主控制器代替实验室中使用的示波器和信号发生器等分立设备,驱动FFP遍历视野(Field of View,FOV),后级使用功率放大器放大激励信号以满足激励线圈上大电流的要求,通过设置电磁仿真环境各项参数得到梯度磁场和激励磁场,搭建激励磁场和梯度磁场,以及开展抵消式接收线圈的设计和制作,耦合SPION产生的非线性磁化响应,然后设计前置放大器和滤波器,为了满足模数转换器(Analog-to-gigital Converter,ADC)采集要求和增加信噪比(Signal-to-noise Ratio,SNR),通过FPGA控制器对信号进行采集和传输,将得到的SPION时域信号进行保存,最后通过对数据的处理,使用X-space原理对粒子分布进行简单的定位和SPION空间分布的2D图像重建,验证了系统的可行性。