(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211064689.5 (22)申请日 2022.09.01 (71)申请人 中国科学院自动化研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村东路95 号 (72)发明人 田捷　张利文　申钰松　杨帆　 惠辉　张鹏　 (74)专利代理 机构 北京市恒有知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11576 专利代理师 郭文浩　尹文会 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子 成像系统及方法 (57)摘要 本发明属于磁粒子成像领域， 具体涉及一种 融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像 系统及方法、 设备， 旨在解决现有技术仅针对二 维MPI重建图像质量 分析研究， 参数单一， 且无法 综合评估多种因素结合对重建图像的影 响， 导致 重建的MPI三维重建图像质量差的问题。 本系统 包括： 输入模块， 配置为获取待成像重建物体的 仿体模型以及MPI成像设备的成像参数、 干扰参 数； 信号计算模块， 配置为计算感应电压信号； 重 建模块， 配置为基于感应电压信号， 通过三维图 像重建方法对待成像物体进行三维重建， 得到 MPI三维重建图像； 输出模块， 配置为将所述MPI 三维重建图像进行输出。 本发明提升了MPI三维 重建图像 重建的质量。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 115409945 A 2022.11.29 CN 115409945 A 1.一种融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像系统， 其特征在于， 该系统包括： 输入模块、 信号计算模块、 重建模块、 输出模块； 所述输入模块， 配置为获取待成像重建物体的仿体模型以及MPI成像设备的成像参数、 干扰参数； 所述仿体模 型为由体素构成的3D 计算图像模型； 所述 成像参数包括MPI成像设备 的硬件配置参数、 磁粒子特性参数； 所述干扰参数包括信号失真参数、 噪声干扰参数、 直接 馈通参数； 所述信号计算模块， 配置为将所述仿体模型的位置从自然坐标系转换到磁场坐标系 中， 将转换后的位置作为第一位置； 结合所述第一位置、 所述 成像参数、 所述干扰参数， 计算 感应电压信号； 所述重建模块， 配置为基于所述感应电压信号， 通过三维图像重建方法对所述待成像 重建物体进行三维重建， 进 而得到所述待成像重建物体的MPI 三维重建图像； 所述输出模块， 配置为将所述MPI 三维重建图像进行输出。 2.根据权利要求1所述的融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像系统， 其特征 在于， 将所述仿体模型的位置从自然坐标系转换到磁场坐标系中， 其方法为： 其中， R为转换到磁场坐标系中的仿体模 型的位置表 示， 即 Rv表示仿体模型在自然 坐标系中的位置， T F(·)表示从图像像素位置转变为设备实际成像中磁场坐标位置变换函 数， Δx、 Δy、 Δz表示体素在x,y和z方向上实际边长， Ax、 Ay、 Az表示驱动场在x,y和z方向的 振幅， Gx、 Gy、 Gz表示选择场在x,y,z方向上的梯度。 3.根据权利要求2所述的融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像系统， 基于转 换到磁场坐标系中的仿体模型的位置， 计算 不同位置的磁粒子浓度的方法为： ΔV＝Δx* Δy*Δz 其中， C(R)表示在磁场中不同位置的磁粒子浓度， ΔV表示体素实际体积， NP(R)表示在 位置R的磁粒子数。 4.根据权利要求1所述的融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像系统， 其特征 在于， 结合所述第一 位置、 所述成像参数、 所述干扰参数， 计算感应电压信号， 其方法为： 结合所述第 一位置、 所述磁粒子特性参数， 计算粒子磁化强度； 对所述粒子磁化强度进 行求导， 得到粒子信号； 获取弛豫时间， 计算磁粒子的弛豫效应；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115409945 A 2基于所述磁粒子的弛豫效应、 所述直接馈通参数、 所述噪声干扰参数， 结合所述粒子信 号， 计算感应电压信号。 5.根据权利要求3所述的融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像系统， 其特征 在于， 结合所述第一 位置、 所述磁粒子特性 参数， 计算粒子磁化强度， 其方法为： 其中， R为转换到磁场坐标系中的仿体模型的位置， M( ·)代表磁化强度函数， H( ·)代 表磁场强度函数， β 表示磁粒子特性 参数， 表示朗之万 函数， t表示时间， m表示磁矩模长 。 6.根据权利要求5所述的融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像系统， 其特征 在于， 对所述粒子磁化强度进行求 导， 得到粒子信号， 其方法为： 其中， μ0表示自由空间的磁导 率， ρR表示接收线圈的灵敏度， 表示粒子信号。 7.根据权利要求6所述的融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像系统， 其特征 在于， 所述感应电压信号， 其计算方法为： f(t)＝k0t ub＝γnsin(2 π nft)， n＞0 其中， u(t)表示感应电压信号， K表示磁导率、 磁矩模长常数项乘积， M ′表示磁化强度的 导数， f(t)表示MPI成像设备磁热效应对产生电压型号的影响， 具体需根据MPI成像设备进 行提前测量确定， k0表示磁热比例系数， 根据激励磁场强度进行设置， ω用于控制磁热效应 对电压信号的影响， α用于控制和评估加入 噪声对电压信号的影响， β用于定量评估直接馈 通的影响， T(t)表 示磁粒子的弛豫效应， ub表示直接馈通参数， unoise表示噪声干扰参数， τ表 示弛豫时间， δ表示Heaviside函数， γn表示扰动幅值， f表示磁场频率， n表示自然正整数。 8.根据权利要求7所述的融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像系统， 其特征 在于， 所述感应电压信号在计算过程中， 通过GPU和多线程结合并行计算仿体模 型内多个空 间位置下的粒子磁化强度的导数及成像参数， 具体为： 在计算得到的粒子磁化强度后， 先将粒子磁化强度拷贝到GPU中， 并行计算粒子磁化强 度的导数、 以及弛豫效应和磁热效应对磁化强度导数的作用； 基于粒子磁化强度的导数， 获取 粒子信号； 使用GPU创建多线程， 将粒子信号拷贝到GPU中， 通过多线程对得到的粒子信号进行磁 热效应和弛豫效应的计算， 然后将计算结果拷贝到CPU中进行直接馈通信号和噪声信号的 关系运算。 9.一种融合成像参数进行量化分析的三维磁粒子成像方法， 其特征在于， 该方法包括权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115409945 A 3