资源公开>>MPI ToolKits

“MPI-plus”磁粒子实验软件

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。