1.软件介绍
这款软件工具旨在为磁粒子成像原理的教学和实验提供全面的支持。它包含了多种强大的功能，以帮助学生、教育者和研究人员深入了解各个方面的磁粒子成像原理和实验，为用户提供了丰富的学习和研究资源。
通过软件的脉冲方波激励磁粒子模块和余弦激励磁粒子模块，用户可以模拟不同激励条件下磁粒子的行为，观察信号产生的变化。弛豫模块允许用户研究磁粒子的弛豫过程，深入了解不同弛豫模型的特性。安德鲁线圈模块介绍了磁粒子成像实验中的硬件设备，帮助用户理解实验装置的工作原理。郎之万方程模块提供了对数学概念的深入探讨，信号模块让用户模拟不同激励条件下的信号产生，磁粒子生成模拟模块允许用户自定义磁粒子的特性。
这个软件为教育领域的教学提供了有力工具，同时也为磁粒子成像领域的研究人员提供了丰富的实验和分析资源。不论您是学生还是专业研究人员，这款软件都将成为您深入研究和理解磁粒子成像原理的不可或缺的伙伴。
1.1软件结构
MPI磁粒子实验软件主要包含以下几个模块：
余弦激励磁粒子模块
这个模块允许用户模拟余弦激励对磁粒子的影响。用户可以通过调整激励参数，如波形、幅度、频率等，来观察磁粒子在余弦激励下的响应。提供实时可视化，以帮助用户理解脉冲方波激励对磁粒子行为和信号产生的影响。
脉冲方波激励磁粒子模块
这个模块允许用户模拟脉冲方波激励对磁粒子的影响。用户可以通过调整激励参数，如波形、幅度、频率等，来观察磁粒子在脉冲方波激励下的响应。提供实时可视化，以帮助用户理解脉冲方波激励对磁粒子行为和信号产生的影响。
弛豫模块
这个模块用于研究磁粒子的弛豫行为。用户可以选择不同的弛豫模型和参数，模拟磁粒子的弛豫过程。提供可视化工具，帮助用户观察和分析磁粒子的弛豫行为，包括弛豫时间和磁化强度的关系。
安德鲁线圈模块
安德鲁线圈模块介绍了磁粒子成像实验中的硬件设备原理。用户可以查看安德鲁线圈的示意图，了解线圈的配置和工作原理。此模块还提供了场幅度、X轴场强幅度、Y轴场幅度的可视化，帮助用户理解线圈产生的磁场。
郎之万方程模块
这个模块深入介绍了郎之万方程及其导数的数学特性。用户可以查看郎之万方程的图像和方程导数的图像，以更好地理解这些数学概念。
信号模块
展示不同激励条件下的磁粒子产生的信号。观察信号的产生和变化。这有助于用户理解信号的特性和分析。
磁粒子生成模拟模块
磁粒子生成模拟模块允许用户模拟磁粒子的生成过程。用户可以调整粒子大小、形状和性质，以模拟不同类型的磁粒子。提供实时可视化，帮助用户了解磁粒子的特性。
这些模块共同构成了一个强大的工具，用于深入研究磁粒子成像原理，进行模拟实验，分析数据，从而提升用户对这一领域的理解和研究能力。
1.2运行环境
MPI磁粒子实验软件适用于window10操作系统。安装IDL8.5后即可运行。

2.软件使用说明
2.1 余弦激励磁粒子模块
首页界面：运行软件后，您将首先进入首页界面。在这里，您可以选择所需的功能模块。
余弦激励磁粒子界面：点击"MPI_Toolbox"，然后选择"Sine Excitation"，将进入余弦激励磁粒子界面。
以下是可调参数，它们位于界面的左上角。这些参数可以通过滑动按钮进行实时调整，并且具有各自的调节范围：激励波振幅（单位：mT）：默认值为20mT，可以1到100之间进行调节。直流偏移振幅（单位：mT）：默认值为0mT，可以在0到100之间进行调节。激励波频率（单位：kHz）：当前值为1kHz，可以1到10之间进行调节。粒子大小（单位：nm）：当前值为30nm，可以在10到100之间进行调节。弛豫时间（单位：μs）：当前值为20μs，可以在1到100之间进行调节。梯度场（单位：*0.1mT/mm）：当前值为20*0.1mT/mm，可以在1到100之间进行调节。这些参数允许用户根据需要对实验进行精确控制，以满足不同的研究或测试要求。通过滑动按钮，用户可以即时更改这些参数，以实现实验参数的实时调整和优化。
激励公式：界面右上角显示了激励所使用的公式，包括余弦激励公式、参数大小、郎之万函数公式以及信号弛豫公式，帮助您了解所应用的物理原理。
粒子变化图表：页面下半部分展示了在余弦激励下的粒子变化情况，包括：磁场强度与时间关系曲线，磁化量与粒子磁场强度关系曲线，磁化量与时间关系曲线，余弦激励后的信号与时间关系曲线，傅里叶变换后的不同倍频图像，信号与磁化强度曲线，Standard粒子图像，Win Subtracted粒子图像，ABS粒子图像，RESI粒子图像。
这些图表和数据将帮助您深入理解磁粒子成像原理和不同参数对结果的影响。请随时调整参数并观察图表以进行实验和学习。

图1 余弦激励磁粒子界面图

2.2脉冲方波激励磁粒子模块
点击"MPI_Toolbox"，然后选择"Pulsed Excitation"，将进入余弦激励磁粒子界面。
可调参数：界面左上角展示了一系列可调参数，包括激励波振幅20（mT）0-100、平滑比例50% 50-95、激励波频率1（kHz）1-5、粒子大小30（nm）10-100、弛豫时间20（μs）1-100。您可以通过滑动按钮实时调整这些参数的大小。
以下是可调参数，它们位于界面的左上角。这些参数可以通过滑动按钮进行实时调整，具有以下默认值和可调整范围：激励波振幅（单位：mT）：默认值为20mT，可调整范围为1到100。平滑比例：默认值为50%，可调整范围为50%到95%。激励波频率（单位：kHz）：默认值为1kHz，可调整范围为1到5。粒子大小（单位：nm）：默认值为30nm，可调整范围为10到100。弛豫时间（单位：μs）：默认值为20，可调整范围为1到100。这些默认值提供了合理的起点，用户可以根据需要在可调整范围内对参数进行实时调整，以满足具体的实验需求。
激励公式：界面右上角显示了激励所使用的公式，包括脉冲方波激励公式、参数大小、郎之万函数公式以及信号弛豫公式，帮助您了解所应用的物理原理。
粒子变化图表：页面下半部分展示了在余弦激励下的粒子变化情况，包括：磁场强度与时间关系曲线，弛豫效应与粒子磁场强度关系曲线，磁化量与时间关系曲线，余弦激励后的信号与时间关系曲线，傅里叶变换后的不同倍频图像。

图2脉冲方波激励磁粒子界面

这些图表和数据将帮助您深入理解磁粒子成像原理和不同参数对结果的影响。请随时调整参数并观察图表以进行实验和学习。
2.3弛豫模块
从首页界面点击"MPI_Toolbox"，然后选择"Relaxation Kernel"，进入弛豫样例选择页面。

图3弛豫样例选择页面

单击"OK"按钮，以进入弛豫样例选择。在这里，您可以选择一个样例，然后单击"OK"按钮以继续，或者单击"Cancel"按钮以退出。

图 4 弛豫样例界面

在进入弛豫样例后，您可以在左侧选择不同的弛豫常数进行调整。这些参数决定了弛豫核函数的性质。在右侧，您将看到原始图像以及不同处理结果的图像。您可以单击不同的按钮来选择呈现不同处理效果，包括：Log Power Spectrum，Filter Plot，Filter Intensity Image，Filter Cross Section，Shaded Surface of Filter，Log filtered Power Spectrum，Filtered Signal。
图片下方提供了对图像内容的详细介绍，帮助您理解每种处理效果的含义和影响。
这个模块允许用户选择不同的弛豫样例并调整参数，以便深入研究和理解弛豫核函数的行为，同时提供了多种处理效果的可视化呈现，以便更好地分析和学习。
2.4安德鲁线圈模块
从首页界面点击"MPI_Toolbox"，然后选择"Anderson Coil"，进入安德鲁线圈介绍页面。
磁粒子的硬件设施原理示意图：页面展示了与安德森线圈相关的硬件设施原理示意图，包括线圈的布局和配置。
场幅度：图表显示了与线圈相关的场的幅度。您可以了解线圈的场的特性和强度。
X轴场强幅度：图表展示了X轴方向上的磁场强度幅度。这有助于理解线圈在X轴上的场强分布。
Y轴场幅度：图表显示了Y轴方向上的磁场强度幅度。这有助于理解线圈在Y轴上的场强分布。
页面还提供了详细的解释和说明，帮助您理解安德森线圈的工作原理以及不同部分的功能。

图 5安德鲁线圈介绍界面

通过这个模块，您可以深入了解安德森线圈的硬件设施和磁场特性，为学习和研究磁粒子成像提供了重要的背景知识。
2.5郎之万方程模块
从首页界面点击"MPI_Toolbox"，然后选择"Langevin"，进入郎之万方程介绍页面。跳转出两个曲线图像。郎之万方程图像和郎之万方程导数图像。

图 6郎之万方程图像和郎之万方程导数图像

您可以通过观察这两个图像来深入了解郎之万方程及其导数的数学特性。这有助于您更好地理解磁粒子成像原理中的相关概念。
2.6信号模块
从首页界面点击"MPI_Toolbox"，然后选择"single vs H"，进入信号页面。跳转出三个曲线图像。用黑红蓝三种颜色表示不同粒子大小的信号变化和的过程。磁化量曲线，信号曲线，频谱曲线。

图7磁化量曲线

图8信号曲线

图9频谱曲线

您可以通过观察曲线来深入了解磁粒子信号的变化规律和与粒子大小之间的关系。这有助于您更好地理解磁粒子成像原理中的相关概念。
2.7 磁粒子生成模拟模块
从首页界面点击"MPI_Toolbox"，然后选择"MPI FBP simulation"，进入磁粒子生成模拟页面。跳转出磁粒子生成模拟图形。

图10原始图像界面

图 11 FBP处理界面

图 12 1d V-shape MPT+ FBP处理界面 4.1 谱仪数据分析平台

3.1 谱仪数据分析平台
首页界面点击"MPI_Toolbox"，然后选择"MPS Data Analysis"，进入MPS磁粒子谱仪数据分析页面。

页面上部分为磁粒子谱仪数据命名系统，命名规则如下：

首先选取磁粒子谱仪的一个数据文件，按照命名规则设置对应的粒子参数和各类相关数据，点击“Modify filename”进行文件命名的修改。

选取磁粒子谱仪的一个数据文件，点击“Analyze File”分析磁粒子的特性，分析结果包括信号曲线，磁化量随时间变化曲线，磁化M-H曲线，磁粒子的尼尔弛豫和布朗弛豫分析结果等。

选取一个包含很多磁粒子谱仪数据的文件夹，点击“Batch Analysis”，每个数据的分析结果截图将保存在一个子文件夹“fitplot”中，方便显示和查看。

选取一个谱仪数据或一个包含很多磁粒子谱仪数据的文件夹，点击“Batch Analysis for sensitivity”，自动给出弛豫时间随粘度或温度的灵敏度。

点击“Read eps file”和“Batch plot eps files”，读取一个或多个磁粒子信号衰减曲线，进行指数拟合并进行分析，提取曲线的尼尔和布朗弛豫时间。

3.2 偏置激励模块

首页界面点击"MPI_Toolbox"，然后选择"Focal Modulation"，进入偏置激励页面。跳转出磁粒子生成模拟图形。

选取不同的磁粒子类型，包含切比雪夫多项式类型（理想磁粒子，链式粒子，郎之万粒子），模拟仿真类型（郎之万粒子，德拜弛豫粒子）。

选取磁粒子的特性参数，包括磁粒子的粒径，粘度，温度，弛豫时间，链式粒子的矫顽力。

选取激励磁场的参数，包括交变磁场强度，交变磁场频率，直流偏置磁场强度1和2，直流偏置信号的比例因子Dog factor。

选取显示的变量类型，包括谐波次数，谐波类型（幅值、相位、实部、虚部）。

选取后处理参数，包括仿体图像，信噪比，视野FOV大小，正交梯度磁场大小。

下部为结果展示区，第一列是谐波图谱，信号半峰全宽随直流偏置场的变化，两次直流偏置场下的点扩散函数PSF和它们的相减结果。

第二列是两次直流偏置场下的2维点扩散图片和它们的相减图片，图片对应的半峰全宽也显示在图片上。

第三列是半峰全宽随谐波次数的变化曲线，选择的仿体也展示出来。

第4列是两次直流偏置场下的1维度成像系统矩阵SM和它们相减的结果SM。

第5和6列是两次直流偏置场下的信号，第5列无噪声，第6列添加了噪声，第三行是系统矩阵SM的奇异值分解结果和根据截断SVD进行的重建图像关联系数。

第7列是两次直流偏置场下的线条仿体重建图像，最大关联系数对应的重建结果被高亮显示。

4.1MPI-CT融合与3D重建
根据dicom文件进行三维重建界面：首页界面点击"Open Picture"然后选择"Database se"，选择需要进行重建的dicom文件，得到三维重建的图像。

在选择并生成CT重建图像后，选择"Modify single"，将进入三维图像重建界面。
可调参数：界面左侧展示了一系列可调参数，包括最大阈值与最小阈值、图像缩放、对象索引、颜色条、平滑度与透明度、套索分割与区域增长、点线面三种绘制图像的方法。您可以通过滑动按钮或选择按钮实时调整这些参数的大小，并选择需要的展示效果。
以下是可调参数，它们位于界面的左侧。这些参数可以通过滑动按钮实时调整：
位于页面左侧上方的"Min threshold"和"Max threshold"可以调整重建图像的阈值范围，并显示需要展示的组织、骨骼或内脏区域，在界面右侧会展示扫描的不同断层的CT图像；"Zoom"可以调整重建后的三维图像的大小。

"Object index"包含在重建图像中标记的不同对象，使用颜色条为对象添加颜色后，可根据颜色不同显示出不同的区域；"Smoothness"和"Transparency"可以调整重建图像的平滑度和透明度。

界面中间部分显示了重建后的图像，界面右侧部分显示了横断面、冠状位、失状位的CT扫描图像，帮助您更好地观察通过CT扫描得到的样本。

在选择并生成三维重建图像后，通过区域选择，将重点区域突出显示。
可选参数：界面左侧展示了一系列可选参数，包括区域分割方式、重建图像展示方式。
"Lasso segmentation"和"Region grow"选择要分割区域，分割后的区域对应一个索引对象，并有相应的颜色表示，可以通过"Object index"选择需要的对象.用户可根据需要选择需要展示的部分，并通过点击索引对象对应的色块按钮选择显示或隐藏该部分。

"Points"，"Lines" 和"Filled"选择描绘三维图像的方法，包括点、线、面三种展示方式。

在选择并生成CT重建图像后，点击"Compare Image"并选择需要分析的磁粒子CT扫描文件，然后选择"Modify single"，将进入三维图像重建与磁粒子分布分析界面。
位于页面左侧下方的"Min threshold"和"Max threshold"可以调整显示MPI的阈值范围，突出显示某一部分的磁粒子分布；调节后的磁粒子将在三维重建页面中重建，可以观察磁粒子在样本体内的分布位置。

MPI分布图像：界面右侧显示了横断面、冠状面、失状面的CT图像中的MPI分布，通过调节阈值按钮，可以观察磁粒子在样本体内的分布。也可以直接点击右侧图像中的位置，得到不同断层图片的展示结果。

当MPI图像与CT图像对准发生偏移时，通过x轴、y轴、z轴对称变化以及移动可以调整MPI磁粒子分布位置。

阈值选择完成后，通过"fuision"展示MPI 信号与CT 图像的融合结果，将界面向最右侧拖动获取结果，得到小鼠体内磁粒子分布的横断面、冠状面、失状面图像，同时图片文件已自动存入原始文件夹中。

软件下载链接如下：