磁性纳米粒子在医学中的研究正出现蓬勃发展的态势。因磁粒子具有良好的生物降解性、微尺寸效应和磁学特性,近年来国内外学者已广泛开展了磁粒子在肿瘤磁热疗、干细胞标记、基因递送、药物靶向释放、疾病诊断等方面的研究。然而,这些技术最终走向真正的人体应用都必须有影像学技术的支持,随着纳米医学的飞速发展,这些应用对磁粒子成像技术提出了更高的要求。经典的磁粒子成像（MPI）成像装置的分辨率可以达到1-5mm,驱动线圈和检测线圈之间的直接馈通电磁干扰都会降低重建图像的分辨率,因此,如何提高成像的分辨率一直是该领域的主要研究问题之一。磁声磁粒子浓度成像（MACT-MI）是本课题组2020年提出的一种新型磁粒子成像方法,采用超声接收方式取代MPI成像的线圈接收方式,克服驱动线圈和检测线圈之间的电磁干扰问题,抗干扰能力大大增强。在磁共振（MRI）、MPI等其他医学成像的研究中,磁性纳米粒子的弛豫过程影响着成像的分辨率和对比度,利用弛豫效应可提升磁化响应产生的信号强度,有效提高了图像重建的准确性。鉴于此,本文在课题组前期工作基础上,为进一步提升MACT-MI的分辨率,开展了基于磁性纳米粒子弛豫效应的MACT-MI研究工作。本文首先从磁性纳米粒子的弛豫效应出发深入研究了MACT-MI成像正问题理论,基于弛豫效应提出了MACT-MI电磁-声压耦合模型,并推导了考虑磁性纳米粒子弛豫过程的MACT-MI磁力声源公式,进而研究了提升MACT-MI磁声信号的方法,开展了包括成像系统中的梯度磁场设计、磁粒子粒径和流体介质环境参数选择对磁声信号的影响等方面的研究。采用改进鲸鱼优化算法对多线圈组的电流参数和结构参数进行优化,为MACT-MI成像提供更加均匀理想的梯度磁场。利用仿真软件COMSOL Multiphysics构建嵌入磁性纳米粒子的生物组织仿真模型,在是否考虑弛豫过程两种情况下,对磁性纳米粒子的磁化强度分布和磁力分布情况进行了比较,并进一步考察了磁性纳米粒子粒径和流体环境对磁声信号强度的影响。最后利用基于矩量法的逆问题重建算法对考虑磁性纳米粒子弛豫效应的MACT-MI浓度分布图像进行了重建。研究结果表明:在相同激励条件和环境参数下,利用弛豫过程可将MACT-MI中磁性纳米粒子的磁化强度分布和磁性纳米粒子浓度分布良好呈现,且无激励频率和粒子超顺磁性的限制。同时可以通过弛豫效应获取成像的最佳粒径提升MACT-MI磁声信号幅值;在平均粒径相同的情况下,磁性纳米粒子粒径分布不均匀、标准差过大会削弱磁力和声压幅值。研究结果可为实现磁性纳米粒子浓度高精度重建,推动MACT-MI实际临床应用提供一定的理论基础。该论文有图53幅,表5个,参考文献65篇。