基于磁性粒子成像技术的一维建模仿真研究.pdf

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1、第30卷第9期计算机仿真2013年9月文章编号：1006—9348(2013)09—0410—05基于磁性粒子成像技术的一维建模仿真研究谢迪，张朴，程晶晶(华中科大控制科学与工程系，湖北武汉430074)摘要：磁性粒子成像(MagneticParticleImas4ng，MPI)是一种新兴的医疗成像方式，对于空间中的磁纳米粒子分布具有极高的灵敏度，同时也克服了电离辐射的影响。MPI能够获得关于磁性粒子的高质量的图像，具有高时空分辨率。为了研究MPI中图像准确重建的相关问题，首先简要介绍了MPI的成像原理，并根据基本原理建立了一维

2、模型，同时在MATLAB中对模型进行仿真，分析了影响MPI浓度测量精度的三个重要因素及影响方式，仿真结果显示这三种因素对MPI浓度测量精度的影响呈现出一定的规律性，最后从信号处理的角度对上述规律给出合理的解释。仿真试验的分析将对MPI中图像的重建起到了指导作用。关键词：磁性纳米粒子；朗之万顺磁理论；快速傅里叶变换；零磁场点；空间编码中图分类号：TP302文献标识码：BSimulationResearchonOne-DimensionalMagneticParticleImagingXIEDi，ZHANGPu，CHENGJing-

3、jing(DepartmentofControlScienceandEngineering，HuazhongUniversityofScience＆Technology，WuhanHubei430074，China)ABSTRACT：Magneticparticleimaging(MPI)isanewtomographicimagingmodalitysensitivetothespatialdistil—butionofmagneticnanoparticles(MNPs)．Thepurposeofthispaperwasto

4、studytherelatedproblemsofimagerecon-structioninMPI．Therefore，wefirstlypresentedanintroductiontothebasicfunctionprincipleofMPIandbuiltaone—dimensionalmodelofMPIthroughMATLABbasedonthisbasicprinciple．togetherthanestimationoftheimpactofthreeimportantfactorsinMPIonthemea

5、surementaccuracyofconcentrationofMNPs．ThesimulationresultsshowthattheremaybeacertainregularityforthethreefactorsontheinfluencetotheprecisionofMPIconcentrationmeas—urement．Furthermore，throughananalysisofthesimulationresultsintermsofsignalprocessing，thispapergaveareaso

6、nableexplanation．TheanalysisofthesimulationresultswillplayanimportantguidingroleinbuildingMPIplat-foITa．KEYWORDS：Magneticnanoparticles；Langevintheoryofparamagnetism；FastFouriertransform；Freefieldpoint(FFP)；Spaceencoding1引言性粒子一般情况下在人体中是不存在的，换句话讲，MRI的磁性粒子成像是一种新型的层析成像技术

7、，它能够对含背景噪声比MPI大得多，那么相应的，MPI的分辨率也是有超顺磁纳米粒子的样品进行浓度成像，检测精度达到纳摩MRI所无法比拟的j。尔级，同时不受深度的限制。经过图像重建后的分辨率也达其次，MPI的扫描时间相比MRI要短得多，这是由MPI到了亚毫米量级⋯。MPI检测的是一类被称为超顺磁纳米的成像原理所决定的，MPI检测的是磁性纳米粒子的磁化强粒子(super—paramagneticironoxide)的样品在外加交变磁场度，成像时间主要由外加交变磁场的频率f和成像像素数N下产生的磁化响应(bulkmagnetizati

8、on)信号。与传统的MRI决定，即T=N／f，这里的f通常取25kHz，可见即使有25万成像技术相比，MPI在以下两方面有极大的优势。个成像点，成像时间也仅需10s。而MRI的成像时间由TR首先，在空间分辨率上大大提高，这点可以从两种成像(脉冲重复)时间和TE(