Optimized Data Acquisition for Image Reconstruction in Magnetic Particle Imaging (MPI) Based on Compressed Sensing
Final Report Abstract
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.
Publications
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Maass, M., Ahlborg, M., Bakenecker, A., Katzberg, F., Phan, H., Buzug, T. M. and Mertins, A.
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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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Bakenecker, A. C., von Gladiss, A., Friedrich, T., Heinen, U., Lehr, H., Lüdtke-Buzug, K. and Buzug, T. M.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.10.056)
