[发明专利]一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法

说明书

本发明公开了一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法：利用获得的多频磁感应断层成像测量数据构造多频测量矩阵，利用内部阻抗变化与边界测量数据的关系，将多频磁感应断层成像的图像重建建模成多频测量矩阵逆问题并进行求解；利用盲源分离思想将求解得到的逆问题解矩阵进行成分分解；基于特定组织的生物阻抗谱特性识别出该组织对应的成分，提取该成分并进行磁感应断层成像图像转化，得到重建图像。本发明可以在生物组织复杂阻抗分布条件下对不同组织的图像进行有效的多频磁感应断层成像重建。

技术领域

本发明属于磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography,MIT)技术领域，涉及一种基于盲源分离思想的多频MIT重建方法和MIT系统。

背景技术

磁感应断层成像(MIT)技术是依据涡流检测原理的一种无创、非接触成像技术，通常包括以下流程：采用与被测物不接触的线圈产生交变磁场，使被测物感应出涡流，通过测量区域外围放置的线圈检测该涡流产生的感应磁场，最后利用图像重建算法进行成像。由于MIT技术的检测成本低、无辐射以及可以进行功能成像等优势，在工业和生物医学领域得到了广泛关注。

由于生物组织集合体复杂的阻抗分布特性，对MIT重建算法提出了较高的要求。在生物医学领域MIT重建算法主要集中于单频差分算法研究，即通过两个测量状态之间的差异来重建电导率的变化。依据单频差分算法原理，成像过程需要不包含特定目标的数据做参考背景(但仍包括其他同属于测量区域内的其他结构或组织)，将含特定目标的数据与其差分，从而重构出特定目标的图像，但由于实际往往很难获得不包含特定目标的数据，使得单频差分算法的应用受限。多频MIT重建算法利用各种生物组织的阻抗频谱特性存在明显差异的特点，通过多频MIT数据重构出特定目标的MIT图像，不需要参考背景(不包含特定目标的数据)，因此应用前景更为广泛，有望实现临床中对损伤组织、肿瘤组织等特定目标进行快速检测的目的。

多频MIT重建算法需要解决的技术难题在于如何克服生物组织阻抗分布的复杂性对重建的影响。现有的多频MIT重建算法，通常将组织阻抗分布按照近似均匀的分布进行简化(ZOLGHARNI M,GRIFFITHS H,LEDGER P D.Frequency-difference MIT imaging ofcerebral haemorrhage with a hemispherical coil array:numericalmodelling.Physiol Meas,2010,31(8):S111-25.)，在工业领域这种简化是可行的，同时对重构结果影响较小，而在生物医学领域，由于生物体，例如人体的组织成分复杂，阻抗分布难以按照均匀的分布进行近似，因此现有研究只能在仿真和简单物理模型条件下重构出特定目标，而在人体复杂的阻抗分布情况下无法获得能够识别特定目标的多频MIT图像(XIAOZ,TAN C,DONG F.Multi-frequency difference method for intracranial hemorrhagedetection by magnetic induction tomography.Physiol Meas,2018,39(5):055006；XIANG J,DONG Y,YANG Y.Multi-frequency Electromagnetic Tomography for AcuteStroke Detection Using Frequency-Constrained Sparse Bayesian Learning.IEEETransactions on Medical Imaging,2020,11.)。目前，仅在时间分离的图像处理中见到了利用盲信号分离共有时域图案的报道(CN102282587A)。

总之，在多频MIT技术的应用过程中，由于存在结构复杂、电导率分布不均匀等因素，目前尚无法利用多频MIT技术实现在生物组织复杂阻抗分布条件下对特定组织的图像进行重建。因此，迫切需要提出一种适用于生物组织复杂阻抗分布的多频MIT重建算法。

发明内容