[发明专利]一种基于稀疏表征的磁纳米粒子成像图像重建方法

说明书

本发明属于磁纳米粒子成像领域，具体涉及了一种基于稀疏表征的磁纳米粒子成像图像重建方法，旨在解决磁纳米粒子成像速度慢、成像精度差的问题。本发明包括：利用磁纳米粒子成像系统，对成像空间施加扫描磁场和激励磁场，通过移动单位的磁纳米粒子样品获取系统矩阵A；将被测对象放置于成像空间，采集被测对象产生的磁化响应信号并进行频谱分析，将获取的频谱信号记为U；采用自适应方法选取紧支径向基中心点，将待求的磁纳米粒子浓度分布写成一组紧支径向基加权的形式，得到新的待求解方程；对新的待求解方程进行Tikhonov标准化，再通过代数重建算法对其进行求解。本发明采用稀疏表征算法进行图像重建，能够减少未知量的数目，降低待求解矩阵的维度，加快图像重建速度，有效提高磁纳米粒子成像的精度，且实现过程方便、简洁。

技术领域

本发明属于磁纳米粒子成像领域，具体涉及了一种基于稀疏表征的磁纳米粒子成像图像重建方法。

背景技术

磁纳米粒子成像(magnetic particle imaging，MPI)是一种新型医学影像技术，通过测量磁纳米粒子的磁响应频谱，反演获得磁纳米粒子浓度、生物标志物浓度等多参数的空间分布信息，可应用于肿瘤的早期诊断、治疗过程的实时监测和疗效的精准评估。相对于现有的医疗影像技术，如磁共振成像(MRI)、CT、超声等，磁纳米粒子成像技术具有高灵敏度、高时-空分辨率、无组织深度限制和无放射性等特点，使得它在医学领域有很好的应用前景。

然而，MPI图像重建问题即由获取的电压值重构磁纳米粒子浓度是一个严重的病态性问题，测量过程中微小的噪声干扰会对重建结果产生很大影响，直接影响磁纳米粒子成像的空间分辨率和检测灵敏度。此外，由于系统矩阵的庞大，导致逆问题求解时需要的时间较长，直接影响重建速度。

稀疏表征算法是用一组基元素对目标进行稀疏性表示，通过减少未知数，能够降低反演问题的维数和条件数。因此，利用稀疏表征法求解MPI逆问题能够降低其病态性，提高重建速度，对于提高磁纳米粒子成像的空间分辨率、检测灵敏度和图像质量具有重要的意义。

发明内容

本发明公开一种基于稀疏表征的磁纳米粒子成像图像重建方法，通过利用一组加权的紧支径向基函数稀疏地表示待求磁纳米粒子浓度分布，能够减少未知量的数目，降低待求解矩阵的维度和条件数，加快图像重建速度，且能提高图像分辨率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

步骤S10，利用磁纳米粒子成像系统，对成像空间施加扫描磁场和激励磁场，通过移动单位体积的磁纳米粒子样品，采集其产生的磁化响应信号并进行频谱分析，获取系统矩阵A；

步骤S20，将被测对象放置于成像空间，被测对象的磁纳米粒子浓度分布为c，采集被测对象产生的磁化响应信号并进行频谱分析，将获取的频谱信号记为U，并构建方程：

U＝A·c；

步骤S30，对成像区域进行网格划分，在成像区域内自适应选择径向基函数的中心点，在径向基函数上加入紧支撑函数，得到紧支径向基函数为：

其中，为径向基函数，D为紧支半径，β为紧支参数，(x_i,y_i)为基函数中心点坐标；

步骤S40，将待求磁纳米粒子浓度分布c写成上述紧支径向基函数加权的形式：

c＝ω₁t₁+ω₂t₂+…+ω_mt_m，

其中，t_m为第m个中心点确定的紧支径向基函数，ω_m为第m个紧支径向基函数的权重；