Optimierte Datenakquisition für die Compressed-Sensing-basierte Bildrekonstruktion bei Magnetic Particle Imaging (MPI)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zusammen mit dem Projektpartner wurden im vorliegendem Projekt grundlegende Erkenntnisse bezüglich der MPI-Bildrekonstruktion mit Compressed Sensing erlangt. Dazu wurden zunächst wichtige Strukturen geschaffen, die eine Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Spulendesign, Bildgebungssequenz und CS-Algorithmus erlauben. Ein wichtiger zu untersuchender Aspekt lag in der Verwendung dedizierter Spulen, um eine bestmögliche räumlich-zeitliche Auflösung zu erreichen. Als Ergebnis wurden elliptische Spulen vorgeschlagen und untersucht. Weiterhin wurden verschiedene Trajektorienstudien in Hinblick auf die Verwendung von CS-Algorithmen durchgeführt. Unter Verwendung von CS, konnten für sämtliche untersuchte Trajektorien deutlich bessere Ergebnisse erzielt werden als mit klassischen Rekonstruktionsverfahren. Als beste Trajektorie wurde die Lissajous-Trajektorie identifiziert, was konsistent mit anderen Trajektorienstudien ist. Um das volle Potential der entwickelten Algorithmen zu verdeutlichen, wurden verschiedene Phantome unter besonderer Berücksichtigung der Abbildung dynamischer Prozesse entwickelt, hergestellt und für zahlreiche Publikationen verwendet. Für die Anwendung von CS wurden verschiedene spärliche Repräsentationen und Spärlichkeitsoperatoren auf Tauglichkeit geprüft. Darauf aufbauend wurde das Prinzip der Teiltrajektorien entwickelt, um die zeitliche Auflösung bei der MPI-Bildgebung zu beschleunigen. Weiterhin wurden vorwissenbasierte Ansätze verwendet, die unter anderem Vorwissen zu partikelfreien Bereichen und der Struktur des Bildes nutzen, um die Bildrekonstruktion zu beschleunigen. Abschließend wurden rekursive Rekonstruktionsalgorithmen entwickelt, die eine echtzeitfähige Bildrekonstruktion ermöglichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Asymmetric Scanner Design for Interventional Scenarios in Magnetic Particle Imaging, IEEE Transactions on Magnetics, 51(2), 1-4, 2015
Kaethner, C., Ahlborg, M., Gräfe, K., Bringout, G., Sattel, T. F. and Buzug, T. M.
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Compressed Sensing of the System Matrix and Sparse Reconstruction of the Particle Concentration in Magnetic Particle Imaging, IEEE Transactions on Magnetics, 51(2), 6501304, 2015
von Gladiß, A., Ahlborg, M., Knopp, T. and Buzug, T. M.
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Comparing Different Compressed Sensing Reconstruction Techniques for the System Matrix in Single-Sided MPI, In: Student Conference Medical Engineering Science, 225-228, 2016
Weissert, P., von Gladiss, A. and Buzug, T. M.
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Optimized Compression of MPI System Matrices Using a Symmetry-Preserving Secondary Orthogonal Transform, International Journal on Magnetic Particle Imaging, 2(1), 1607002, 2016
Maass, M., Bente, K., Ahlborg, M., Medimagh, H., Phan, H., Buzug, T. M. and Mertins, A.
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A Trajectory Study for Obtaining MPI System Matrices in a Compressed-Sensing Framework, International Journal on Magnetic Particle Imaging, 3(2), 2017
Maass, M., Ahlborg, M., Bakenecker, A., Katzberg, F., Phan, H., Buzug, T. M. and Mertins, A.
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Experimental Validation of the Selection Field of a Rabbit-Sized FFL Scanner, International Journal on Magnetic Particle Imaging, 3(1), 2017
Bakenecker, A., Friedrich, T., von Gladiss, A., Graeser, M., Stelzner, J. and Buzug, T. M
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Magnetic particle imaging in vascular medicine, Innovative Surgical Sciences, 3, 179, 2018
Bakenecker, A. C., Ahlborg, M., Debbeler, C., Kaethner, C., Buzug, T. M. and Lüdtke-Buzug, K.
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Magnetic Particle Imaging, In: Precision Medicine: Tools and Quantitative Approaches, Elsevier, Oxford, 183-228, 2018, ISBN: 978-0-12-805364-5
Bakenecker, A., Ahlborg, M., Debbeler, C., Kaethner, C. and Lüdtke-Buzug, K.
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Mathematical analysis of the 1D model and reconstruction schemes for magnetic particle imaging, Inverse Problems, 34(5), 055012, 2018
Erb, W., Weinmann, A., Ahlborg, M., Brandt, C., Bringout, G., Buzug, T. M., Frikel, J., Kaethner, C., Knopp, T., März, T., Möddel, M., Storath, M. and Weber, A.
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Actuation and Visualization of a Magnetically Coated Swimmer with Magnetic Particle Imaging, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2019
Bakenecker, A. C., von Gladiss, A., Friedrich, T., Heinen, U., Lehr, H., Lüdtke-Buzug, K. and Buzug, T. M.
