用于生物组织检测的磁感应分子成像方法及系统

摘要

本发明实施例公开了一种用于生物组织检测的磁感应分子成像方法及系统，属于磁感应成像技术领域，克服相关磁感应成像技术中图像分辨率低，成像时间长，计算成本高等问题，磁性纳米粒子装置向检测床的待测区域发送磁性纳米粒子；磁场发生装置产生并向所述的信号收发装置传输电磁波；信号收发装置，用于接收所述磁场发生装置传输的电磁波；磁场信号采集装置采集传感器阵列上每个传感器探测到的待测区域的基于磁性纳米粒子的散射电场信息和散射磁场信息；计算机设备根据散射电场信息和散射磁场信息解析待测器官内部组织结构状态并形成图像，该方法和系统主要用于医学检测。

说明书

技术领域

本发明属于磁感应成像技术领域，具体涉及一种用于生物组织检测的磁感应分子成像方法及系统。

背景技术

磁感应成像是一种新的医疗影像方法，为脑疾病的早期诊断提供了可能。随着磁感应成像技术在生物影像领域的应用推广，人们对高清晰微波图像和快速成像的需求日益增长。但因受制于算法和成像系统设计的缺陷，磁感应成像依然存在诸多不足，如图像分辨率低，成像时间长，计算成本高和对小肿瘤的敏感性较低等。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关磁感应成像技术中图像分辨率低，成像时间长，计算成本高和对小肿瘤的敏感性较低等问题，本发明实施例提供一种用于生物组织检测的磁感应分子成像方法及系统，具体如下：

一方面，一种用于生物组织检测的磁感应分子成像系统，包括：检测床、磁性纳米粒子装置、磁场发生装置、信号收发装置、磁场信号采集装置和计算机设备；

所述的检测床，用于承载待测生物体；

所述的磁性纳米粒子装置，包括缓释装置，所述的缓释装置内填充磁性纳米粒子，在对待测生物体进行测量时，所述缓释装置向所述检测床的待测区域发送磁性纳米粒子；

所述的磁场发生装置，包括电磁波发生模块和亥姆霍兹线圈模块，所述电磁波发生模块用于产生并向所述的信号收发装置传输电磁波，所述亥姆霍兹线圈模块用于对待测区域产生激励磁场；

所述的信号收发装置，包括含有N个传感器阵列的扫描仪，N为自然数，所述的传感器阵列到待测器官的距离远远大于一个工作波长，所述传感器用于接收所述磁场发生装置传输的电磁波；

所述的磁场信号采集装置，包括数据采集卡，所述数据采集卡用于采集传感器阵列上每个传感器探测到的待测区域的基于磁性纳米粒子的散射电场信息和散射磁场信息，并向所述计算机设备发送所述散射电场信息和散射磁场信息；

所述的计算机设备，根据所述散射电场信息和所述散射磁场信息解析所述待测器官内部组织结构状态并形成图像。

进一步可选的，所述的缓释装置为纤维管，所述纤维管上下两端由支架定位装置固定，所述的支架定位装置包括与纤维管端部固定连接的定位壳。

进一步可选的，所述亥姆霍兹线圈模块为两个，分别置于传感器阵列的两端。

进一步可选的，所述的传感器阵列由柱状传感器阵列实现，所有传感器以所述检测床位轴心、围绕目标区域呈圆环状均匀分布且处于同一高度。

进一步可选的，所述磁性纳米粒子为四氧化三铁。

另一方面、一种基于上述系统实现的用于生物组织检测的磁感应分子成像方法，包括：

S1、待测生物体平躺在检测床上，将待测器官暴露在待测区域；

S2、磁性纳米粒子装置按照预先设置发送定量的磁性纳米粒子到所述待测区域；

S3、磁场发生装置发射不间断的特定频率的时间谐波电磁波信号并传输到信号收发装置的传感器阵列，调整亥姆霍兹线圈的扫描位置，以使亥姆霍兹线圈对检测床的待测区域产生激励磁场；

S4、信号收发装置的传感器阵列探测检测床的所述待测区域的时间谐波电磁波信号；

S5、磁场信号采集装置通过数据采集卡采集传感器阵列上每个传感器探测到的待测区域的基于磁性纳米粒子的散射电场和散射磁场信息：

S6、计算机根据所述散射电场和散射磁场信息解析所述待测器官内部组织结构状态并形成图像。

进一步可选的，所述计算机根据所述散射电场和散射磁场信息解析所述待测器官内部组织结构状态并形成图像包括：所述计算机基于生物组织的介电属性和电导率分布的幅值和相位以及内部组织的磁化率强度信息通过傅里叶逆变换处理方式构建目标物的二维图像。

进一步可选的，所述计算机基于生物组织的介电属性和电导率分布的幅值和相位以及内部组织的磁化率强度信息通过傅里叶逆变换处理方式构建目标物的二维图像包括：通过对任意两个传感器采集到的可见度函数信号进行二维傅里叶逆变换，得到目标物的二维重构图像。

进一步可选的，所述可见度函数的获取过程包括：

提取任意两个传感器探测到的包含磁性纳米粒子的待测区域的磁性纳米粒子的散射磁场信息；

比较两个传感器探测到的散射磁场信息的差异性从而获得两个传感器的可见度函数。

进一步可选的，所述可见度函数的获取过程还包括：

提取所有传感器探测到的待测区域的磁性纳米粒子的磁化信息和散射电场信息；

一一比较任意两个传感器探测到的信息差异获取包含相位延迟和/或振幅差异信息的可见度函数之和，即为总可见度函数。

本发明的实施例提供的一种用于生物组织检测的磁感应分子成像方法及系统，利用磁性纳米粒子的显像性和生物组织的介电属性进行生物体检测，其基本原理为：根据各种不同磁性纳米粒子的磁化率不同，在加外磁场或交变振动后其应变亦不同，主要为磁化率改变不同，同时根据各种不同生物组织的介电属性和电导率不同，在电磁波照射下，目标生物组织的散射磁场不同，通过分析处理形态改变和散射磁场从而重构目标的外观像或介质目标内部的结构成像，也可以是空间磁场分布的直观显示，相比于融合成像，本发明的成像速度更快，成像质量更好，本发明可用于生物医学成像、疾病诊断、异物探测等领域。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本发明实施例中一种用于生物组织检测的磁感应分子成像系统结构示意图；

图2、图3是图1所示系统中信号收发装置中传感器阵列和待测目标相对位置关系示意图；

图4是本发明实施例中一种用于生物组织检测的磁感应分子成像方法流程示意图；

图5--图18是应用图1所示系统对大脑进行检测时计算原理及相关图像示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

磁性纳米粒子因其独特的性能而具有广泛的应用价值，尤其在生物分离、临床诊断、肿瘤治疗、靶向运输和组织工程领域，给人类疾病的治疗带来新的契机和希望。近年来由于磁性纳米粒子可作为对比剂用于磁共振成像、作为热疗介质用于癌症热疗，并且可应用于磁力组织工程而引起研究者们的广泛关注。

分子影像是一种利用探针或信号来定量测量生物体内生理变化的技术，可以将特定分子和细胞靶点发展成为图像对比度的来源，该医学影像技术是生物医学和治疗诊断学研究中的一种重要工具。近年来，由于纳米技术的应用，分子成像技术有了突飞猛进的发展。通过使用纳米技术，成像工具和标记分子都被大幅改进，以便实现疾病的早期诊断和监测治疗的效果。

申请人在进行磁感应成像技术研究过程中，意外的发现，如能将以上磁性纳米粒子技术和分子影像技术应用在磁感应成像技术中，将给现有磁感应成像方式带来意想不到的成像效果，以促进医学影像技术的较大进步。

实施例一

本发明实施例提供一种用于生物组织检测的磁感应分子成像系统，该系统包括：检测床、磁性纳米粒子装置、磁场发生装置、信号收发装置、磁场信号采集装置和计算机设备；

具体结构参见图1，图1示出了检测床11、信号收发装置12和计算机设备13的一种位置设置关系，还包括磁场设备，磁场设备包括磁场发生装置141和磁场信号采集装置(图中未示出)，检测床11内设有磁性纳米粒子装置(图中未示出)。

所述的检测床11，用于承载待测生物体。

一些可选实施例中，为了很好的实现待测器官定位，检测床可以包括器官固定装置，如头颅固定装置，本发明实施例对器官固定装置的具体形状、结构、材质等不做限定，如头颅骨的装置可以是圆弧形凹槽，由本领域技术人员根据实际需要进行选择。

所述的磁性纳米粒子装置，包括缓释装置，所述的缓释装置内填充磁性纳米粒子，在对待测生物体进行测量时，所述缓释装置向所述检测床的待测区域释放磁性纳米粒子，所述磁性纳米粒子可以为四氧化三铁。

一些可选实施例中，所述的缓释装置可以采用纤维管，纤维管上下两端由支架定位装置固定，所述的支架定位装置包括与纤维管端部固定连接的定位壳，所述纤维管内部填充有四氧化三铁。

所述的磁场发生装置，包括电磁波发生模块141和亥姆霍兹线圈模块(图中未示出)，所述电磁波发生模块用于产生并向所述的信号收发装置传输电磁波，所述亥姆霍兹线圈模块用于对待测区域产生激励磁场。

一些可选实施例中，参见图2，所述亥姆霍兹线圈模块为两个，对称分布在传感器阵列两侧。

一些可选实施例中，电磁波发生模块可以但不限于采用矢量网络分析仪141，其可以产生频率范围为1MHz-10MHz的射频信号。

所述的信号收发装置12，参见图2、图3，包括含有N个传感器阵列的扫描仪，N为自然数，且N≥3，所述的传感器阵列到待测器官的距离远远大于一个工作波长，所述传感器用于接收所述磁场发生装置传输的电磁波。

一些可选实施例中，信号收发装置还可以包括N通道开关控制板和传感器阵列的支架旋转台模块，N通道开关控制板用于对传感器阵列进行控制，支架旋转台模块用于承载传感器阵列。

需要说明的是，图1中示出的系统结构，在实际应用时，系统按照图示位置顺时针旋转90度后的位置放置，人体采用坐立姿势，信号收发装置可放置水平，从上至下运动，一些可选实施例中，所述同一平面上的至少三个传感器以均匀排列的方式环绕于目标区且在同一水平面上。

一些可选实施例中，所述的传感器阵列由柱状传感器阵列实现，所有传感器以所述检测床位轴心、围绕目标区域呈圆环状均匀分布且处于同一高度，可形成柱状传感器阵列，尤其优选地，传感器排列成非均匀形状。

进一步可选的，一些可选实施例中，信号收发装置可以包括至少三个收发一体化传感器，所述的传感器同时作为信号发射器和信号探测器的收发传感器；所述的传感器可采用但不限于波导喇叭天线、贴片天线和偶极子天线中的一种。

例如，一具体实施例中，传感器的数量为16个，以目标物为中心，16个传感器围绕着目标物非均匀排列成圆形分布且处于同一高度。每个传感器既作为磁场信号发射传感器传输射频波，又作为磁场信号探测器采集目标物内部及其周围的磁场变化以及介电属性和电导率的分布状态。

优选地，本发明的信号收发装置的工作频率为单频率，其最佳工作频率范围为1MHz-10MHz。比如，可以采用1MHz、2MHz、3MHz、4MHz、5MHz、6MHz、7MHz、8MHz或9MHz，尤其优选2MHz。

优选地，为减少信号耦合，提高检测灵敏度，目标物与传感器之间以及各传感器之间的间隙内都填充介电属性与正常脂肪相似的媒介物质，如海水、盐水、椰子油等，本发明实施例对媒介物质的具体填充方式不做限定，由本领域技术人员根据需要进行选择。

信号收发装置可以不间断地朝目标区域传输特定频率的电磁波信号作为入射场，同时亥姆霍兹线圈模块可以不间断地朝目标区域发射单一频率的磁场信号作为激励磁场用于激励目标区的磁性纳米粒子。

电磁波信号穿透位于目标区域的目标物后，至少部分电磁波信号被目标物内部的具有不同介电常数和电导率的若干部分反射，进而形成散射电磁场并由至少三个传感器对散射场进行探测得到散射场回波信号。亥姆霍兹线圈模块可以发射激励磁场信号到目标区域的目标物从而施加一个外力并接收目标物反射的回波磁场信号，以便磁场信号采集装置可以采集回波磁场信号。

进一步可选的，一些可选实施例中，传感器阵列到器官固定装置的距离远远大于一个工作波长(d≥λ_b)，属于远场微波工作环境。

所述的磁场信号采集装置，可以包括但不限于采用数据采集卡，所述数据采集卡用于采集传感器阵列上每个传感器探测到的待测区域的基于磁性纳米粒子的散射电场信息和散射磁场信息，并向所述计算机设备发送所述散射电场信息和散射磁场信息；

本发明实施例对磁场信号采集装置、信号收发装置的具体实现方式不做限定，由本领域技术人员根据工程需要选择具体实现方式，一些实施例中，可以设置多通道控制开关电路板，通过多通道控制开关电路控制传感器阵列上每个传感器的数据采集，信号收发装置中，可以设置功率放大器以保证发射磁场强度。

所述的计算机设备13，根据所述散射电场信息和所述散射磁场信息解析所述待测器官内部组织结构状态并形成图像。

一些可选实施例中，计算机设备包括处理器和控制器，处理器可以包含但不限于图像处理模块、信号处理模块、信息储存模块、和图像显示模块；所述的信号处理模块用于处理采集的信号转换为图像；所述的信息储存模块用于储存采集的信号和转化的图像信息；所述的图像显示模块，用于展示重构的磁感应分子图像，其中，图像处理模块可以是磁感应分子成像软件，所述的磁感应分子成像软件可采用但不限于MATLAB软件或其他计算机语言实现成像程序；

控制器分别与磁性纳米粒子装置、磁场发生装置、信号收发装置和磁场信号采集装置连接，对磁性纳米粒子装置、磁场发生装置、信号收发装置和磁场信号采集装置进行控制，并具有以下功能中的一种或多种：

1、设置磁场发生装置的工作频率、采样率、采样速度、亥姆霍兹线圈的初始位置中的一项或多项；

2、设置信号收发装置中传感器阵列的扫描速度、扫描时间、扫描轨迹模式、初始位置中的一项或多项等；

3、设置磁场信号采集装置中多通道控制开关电路板和数据采集卡的数据采集速度、数据采集时间、数据采集模式中的一项或多项等；

4、设置磁性纳米粒子装置的给药剂量；

一些可选实施例中，信号处理模块对至少三个传感器中任意两个传感器采集到的散射磁场进行处理并用于重构包含磁性纳米粒子的目标区的二维图像。优选地，收发传感器模块设置于目标区的周围且位于同一水平面，亥姆霍兹线圈设置于目标区的顶端和底端。

具体的，一些可选实施例中，信号处理模块对所有传感器中任意两个传感器探测到的散射磁场进行对比得到可见度函数；根据对比得到的可见度函数获得能够反映目标物的电磁属性和电导率分布信息；并通过傅里叶逆变换处理可见度函数重构目标物的磁感应分子图像。

进一步，具体的，一些可选实施例中，信号处理模块基于传感器阵列的分布形状建立目标物的电磁属性和散射磁场之间的非线性观测模型；和/或至少部分地基于非线性观测模型实现对散射回波信号和/或散射磁场进行两两对比。

其中，信号处理模块，包括但不限于以下功能单元：

单独可见度函数计算单元，通过计算同一平面上任意两个收发传感器采集的散射磁场信号以计算任意两个收发传感器的可见度函数，具体的，可以提取任意两个传感器探测到的包含磁性纳米粒子的待测区域的磁性纳米粒子的散射磁场信息，并比较两个传感器探测到的散射磁场信息的差异性从而获得可见度函数：

公式(16)中，表示位于的两个传感器的可见度函数包含相位延迟和/或振幅差异信息，表示目标区任意点到第i个传感器的距离矢量，表示目标区任意点到第j个传感器的距离矢量，表示位于处的传感器探测到的散射磁场，表示位于处的传感器探测到的散射磁场的共轭，*表示复数共轭，＜＞表示平均时间；

总可见度函数计算单元，提取所有传感器探测到的待测区域的磁性纳米粒子的磁化信息和散射电场信息，并一一比较任意两个传感器探测到的信息差异获取包含相位延迟和/或振幅差异信息的可见度函数之和，即为总可见度函数：

γ表示所有传感器的总可见度函数，N表示传感器的总数量，表示位于的两个传感器的可见度函数包含相位延迟和/或振幅差异信息以及内部组织的磁化强度。

模型描述单元，用于定义目标物的可见度强度的非线性观测模型描述为：

式(18)中，j为复数虚部，工作角频率ω＝2πf，f为成像系统工作频率，μ₀为自由空间的磁导率，σ为目标生物体的电导率，ε₀为自由空间的介电常数，ε_r为目标生物体的介电常数，ε_r＝ε′_r-jσ/ωε₀，ε′_r为目标生物体相对介电常数的实部，为总磁场，所述非线性观测模型包括内部场效应模型和外部场效应模型；

内部磁场感应模型描述为：

式(19)中，为入射磁场，G为格林函数，为从场源点到散射磁场的位置矢量，为从场源点到目标生物体内一点的位置矢量，k₀为自由空间的波数，为磁电流密度，μ_r为目标生物体的磁导率，为感应电流密度，为总电场，

外部磁场感应模型描述为：

式(20)中，为散射磁场，为从场源点到场域内任一点的单位向量，R为从场源点到散射场内任意一点的距离。

图像处理模块包括但不限于二维图像处理单元，二维图像处理单元基于介电属性和电导率分布的幅值和相位以及内部组织的磁化率强度的信息通过傅里叶逆变换处理方式构建目标物的二维图像的处理，具体可以通过对任意两个传感器采集到的可见度函数信号进行二维傅里叶逆变换，得到目标物的二维重构图像：

其中，表示位于的两个传感器的可见度函数包含相位延迟和/或振幅差异信息以及内部组织的磁化率强度，l＝sinθcosφ，m＝sinθsinφ，分别为沿x,y,z轴正时空方向的单位矢量，分别为任一传感器A_i在直角坐标系中沿x,y,z轴的位置，分别为任一传感器A_j在直角坐标系中沿x,y,z轴的位置，θ是原点O和空间任一点P的连线与正向z轴的夹角，φ为xoz平面与通过空间任一点P的半平面之间的夹角，若P点在z轴上则φ角是不确定的。λ_b表示背景/媒介质的波长。

本发明的实施例提供的一种用于生物组织检测的磁感应分子成像系统，利用磁性纳米粒子的显像性和生物组织的介电属性进行生物体检测，其基本原理为：根据各种不同磁性纳米粒子的磁化率不同，在加外磁场或交变振动后其应变亦不同，主要为磁化率改变不同，同时根据各种不同生物组织的介电属性和电导率不同，在电磁波照射下，目标生物组织的散射磁场不同，通过分析处理形态改变和散射磁场从而重构目标的外观像或介质目标内部的结构成像，也可以是空间磁场分布的直观显示，相比于融合成像，本发明的成像速度更快，成像质量更好，本发明可用于生物医学成像、疾病诊断、异物探测等领域。

实施例二

基于上述用于生物组织检测的磁感应分子成像系统，本发明实施例提供用于生物组织检测的磁感应分子成像方法，参见图4，该方法包括但不限于以下过程：

401、待测生物体平躺在检测床上，将待测器官暴露在待测区域；

402、磁性纳米粒子装置按照预先设置发送定量的磁性纳米粒子到所述待测区域；

403、磁场发生装置发射不间断的特定频率的时间谐波电磁波信号并传输到信号收发装置的传感器阵列，调整亥姆霍兹线圈的扫描位置，以使亥姆霍兹线圈对检测床的待测区域产生激励磁场；

404、信号收发装置的传感器阵列探测检测床的所述待测区域的时间谐波电磁波信号；

405、磁场信号采集装置通过数据采集卡采集传感器阵列上每个传感器探测到的待测区域的基于磁性纳米粒子的散射电场和散射磁场信息：

406、计算机根据所述散射电场和散射磁场信息解析所述待测器官内部组织结构状态并形成图像。

具体的，一些可选实施例中，计算机基于生物组织的介电属性和电导率分布的幅值和相位以及内部组织的磁化率强度信息通过傅里叶逆变换处理方式构建目标物的二维图像。

进一步，具体的，一些可选实施例中，计算机通过对任意两个传感器采集到的可见度函数信号进行二维傅里叶逆变换，得到目标物的二维重构图像。

进一步，具体的，一些可选实施例中，所述可见度函数的获取包括但不限于以下过程：

1.提取任意两个传感器探测到的包含磁性纳米粒子的待测区域的磁性纳米粒子的散射磁场信息；

2.比较两个传感器探测到的散射磁场信息的差异性从而获得两个传感器的可见度函数。

进一步，具体的，一些可选实施例中，所述可见度函数的获取过程还包括：

1.提取所有传感器探测到的待测区域的磁性纳米粒子的磁化信息和散射电场信息；

2.一一比较任意两个传感器探测到的信息差异获取包含相位延迟和/或振幅差异信息的可见度函数之和，即为总可见度函数。

本发明的实施例提供的一种用于生物组织检测的磁感应分子成像方法，利用磁性纳米粒子的显像性和生物组织的介电属性进行生物体检测，其基本原理为：根据各种不同磁性纳米粒子的磁化率不同，在加外磁场或交变振动后其应变亦不同，主要为磁化率改变不同，同时根据各种不同生物组织的介电属性和电导率不同，在电磁波照射下，目标生物组织的散射磁场不同，通过分析处理形态改变和散射磁场从而重构目标的外观像或介质目标内部的结构成像，也可以是空间磁场分布的直观显示，相比于融合成像，本发明的成像速度更快，成像质量更好，本发明可用于生物医学成像、疾病诊断、异物探测等领域。

实施例三

为便于读者理解，基于上述一种用于生物组织检测的磁感应分子成像方法，下面提供一具体实施例，参见图5--图18，该方法包括以下过程：

S1、待测人体仰面平躺在检测床并将待测器官(如头颅)放置于器官固定装置；

S2、通过计算机设备内的控制器设置如下参数：

S21、磁场发生装置的工作频率、采样率、采样速度、亥姆霍兹线圈的初始位置中的一项或多项；

S22、信号收发装置中传感器阵列的扫描速度、扫描时间、扫描轨迹模式、初始位置中的一项或多项等；

S23、磁场信号采集装置中多通道控制开关电路板和数据采集卡的数据采集速度、数据采集时间、数据采集模式中的一项或多项等；

S24、磁性纳米粒子装置的给药剂量；

S3、磁性纳米粒子装置按照设置发送定量的磁性纳米粒子到检测床的待测区域；

其中，磁性纳米粒子可看成是铁磁流体，其在机械旋转引起的布朗弛豫现象可表示为：

公式(1)中，η是载液铁磁流体的粘度，V_H是磁性纳米粒子的水动力体积。

铁磁流体磁化衰减的弛豫时间为：

铁磁流体的复杂敏感性可定义为：

公式(3)中，x_||和x_⊥分别为平行磁化率和横向磁化率，x_||与低频(弛豫机制)贡献有关，x_⊥与高频(铁磁共振)贡献有关。该发明系统采用较低的工作频率(较低的GHz范围)，可以忽略并行磁化率，因此，x_μ可以用如下公式表示：

公式(4)中，x₀为静态横向磁化率，τ₀为特征时间，ω为角频率，ω₀＝γH_a，其中γ为旋磁比，H_a为各向异性场H_a＝2K_a/(μ₀M_s)，μ₀为自由空间的磁导率。

当振幅为h的极化磁场叠加到时谐电磁场时，方程(4)是有效的，时谐电磁场受x₀和ω₀的变化而变化。例如，ω₀增加

(5) ω₀(H)＝γ(H_a+H)

而x₀减小，

公式(5)中，m为磁性纳米粒子的磁矩振幅，c为磁性纳米粒子的体积浓度。

S4、磁场发生装置发射不间断的特定频率的时间谐波电磁波信号并传输到信号收发装置的传感器阵列；同时该装置通过亥姆霍兹线圈对检测床的待测区域产生激励磁场；其中，入射电场可描述为：

其中入射磁场可描述为：

上述公式中，为位于的传感器和/或线圈，为位于的传感器和/或线圈，ω表示角频率，k_b和μ_b分别表示背景的波数和磁导率，表示格林公式，Δx_E和Δx_H分别表示电对比度和磁对比度，表示目标物的复介电常数，表示背景的复介电常数，ε_b表示背景的相对介电常数，σ_b和σ分别表示背景和目标物体的电导率，μ_b和μ分别表示背景和目标物的渗透性，表示照射到目标物的入射电场，表示引入目标物的激励磁场。

S5、传感器阵列传输时间谐波电磁波信号到检测床的待测区域；上述公式(7)和(8)可简化为：

其中，磁矢势矢量电势

S6、控制器控制亥姆霍兹线圈的扫描位置，信号收发装置控制传感器阵列的旋转速度、扫描速度和扫描轨迹，通过数据采集卡采集传感器阵列上每个传感器探测到的待测区域的基于磁性纳米粒子的散射电场和散射磁场信息：

其中，表示位于的收发器，上述方程可用表示为：

上述公式中和分别表示散射电场矢量格林函数和散射磁场矢量格林函数，

如果成像系统的工作频率保持相对较低，上述公式(13)和(14)就可以用来模拟散射电磁场。与良好的导电材料(例如金属)相比，生物组织的导电率相对较小。波恩近似可用于求解电磁正问题。因此，物体内部的电磁场可以近似地看作是存在于同一位置而没有放置目标物体时的入射场。上述公式(13)可表示为：

当磁性纳米粒子的磁导率远小于物体的磁导率时，散射电场比入射电场小得多。如果可以从入射场中提取散射场，则可以重构包含磁性纳米粒子的目标区域图像。此外，通过求解线性反演程序，可以从散射电场中重构包含磁性纳米粒子的目标区域图像。

S7、通过计算同一平面上任意两个收发传感器采集的散射磁场信号以计算任意两个收发传感器的可见度函数，具体的，可以提取任意两个传感器探测到的包含磁性纳米粒子的待测区域的磁性纳米粒子的散射磁场信息，并比较两个传感器探测到的散射磁场信息的差异性从而获得可见度函数：

S8、提取所有传感器探测到的待测区域的磁性纳米粒子的磁化信息和散射电场信息，并一一比较任意两个传感器探测到的信息差异获取包含相位延迟和/或振幅差异信息的可见度函数之和，即为总可见度函数：

S9、根据一个优选实施方式，用于定义目标物的可见度强度的非线性观测模型描述为：

所述非线性观测模型包括内部场效应模型和外部场效应模型；

内部磁场感应模型描述为：

外部磁场感应模型描述为：

S10、根据一个优选实施方式，基于介电属性和电导率分布的幅值和相位以及内部组织的磁化率强度的信息通过傅里叶逆变换处理方式构建目标物的二维图像的处理，具体可以通过对任意两个传感器采集到的可见度函数信号进行二维傅里叶逆变换，得到目标物的二维重构图像：

本发明可应用于无损检测、医学成像和目标探测等领域。

相比于现有的磁感应成像技术，本发明具有如下优点：模型鲁棒性强，可实现分子级别的成像质量，能够实现对肿瘤细胞的优质快速识别，将基于磁性纳米粒子的方法应用到全息磁感应检测肿瘤细胞这一具体问题，有效提高了肿瘤检测的灵敏度和诊断率，实现了分子级别的优质全息磁感应成像对脑成像检测脑肿瘤。

如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。