[發明專利]基于貝葉斯框架的三維磁粒子成像重建方法、系統和設備

在審

• 申請號: 202111328778.1
• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN114022615A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 田捷;尹琳;王坤;張鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06F17/17;G06F17/16
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

本發明屬于磁粒子成像領域，具體涉及了一種基于貝葉斯框架的三維磁粒子成像重建方法、系統和設備，旨在解決現有的技術隨著分辨率提高帶來的系統矩陣復雜度過高難以實時進行成像的問題。本發明包括：通過校準程序獲得系統矩陣并基于測量信號、待重建的磁納米粒子濃度和所述系統矩陣構建MPI重建逆問題，將MPI重建逆問題在貝葉斯框架下轉化為最大后驗概率估計問題，引入磁納米粒子分布的稀疏先驗和噪聲分布的Gamma先驗，通過求解待重建的磁納米粒子濃度的最大后驗概率分布進而獲得磁納米粒子的濃度分布完成重建。本發明加快了超大系統矩陣維度下的重建速度和重建實時性，提高重建精度，進一步提升MPI成像系統的實用性和臨床轉化潛力。

技術領域

本發明屬于磁粒子成像領域，具體涉及了一種基于貝葉斯框架的三維磁粒子成像重建方法、系統和設備。

背景技術

在臨床上，一般需要借助于影像手段對病灶進行準確、客觀的診斷和檢測，因此，如何實時的、準確的獲得病灶的分布信息，一直是國際上的研究熱點。磁粒子成像技術(Magnetic particle imaging,MPI)是一種新興的斷層成像技術。由于其只能追蹤磁性納米粒子信號，且不受成像深度限制，因此，MPI成像技術具有高特異性、高靈敏度、高時空分辨率、且成像深度不受限等優點，是一種非常具備臨床應用潛力的新型成像技術。

目前，大多數的MPI圖像重建方法要借助于系統矩陣來完成。因為基于系統矩陣的重建方法可以提供更高的成像分辨率。然而，更高的成像分辨率意味著更高的系統矩陣維度，即更高的計算復雜度。在實際的臨床應用中，如血流成像、血管灌注成像等，實時的成像效果能更便捷的引導治療策略的制定。因此，快速的MPI重建方法顯得尤為重要。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即現有的技術隨著分辨率提高帶來的系統矩陣復雜度過高難以實時進行成像的問題，本發明提供了一種基于貝葉斯框架的三維磁粒子成像重建方法，所述方法包括：

步驟S100，通過校準程序，獲得系統矩陣；

步驟S200，基于測量信號、待重建的磁納米粒子濃度和所述系統矩陣構建MPI重建逆問題；

步驟S300，在貝葉斯框架下將所述MPI重建逆問題轉化為求解有關待重建的磁納米粒子濃度的最大后驗概率估計問題；

步驟S400，求解所述有關待重建的磁納米粒子濃度的最大后驗概率估計問題，獲得磁納米粒子的濃度分布；

步驟S500，基于所述磁納米粒子的濃度分布，完成三維磁粒子成像重建，獲得重建后的三維圖像。

在一些優選的實施方式中，所述步驟S100，具體為：通過校準程序，獲得系統矩陣其中，表示復數域，M表示系統矩陣的行數，N表示系統矩陣的列數。

在一些優選的實施方式中，所述MPI重建逆問題，具體為：

S*c＝u+v

其中，表示待重建的磁納米粒子濃度，表示系統測量到的電壓信號，表示噪聲信號。

在一些優選的實施方式中，所述步驟S300，具體為：

在貝葉斯框架下，將所述MPI重建逆問題轉化為求解有關待重建的磁納米粒子濃度c的最大后驗概率估計問題：

其中，表示待重建的磁納米粒子濃度c的最大后驗概率估計，p(u|c)表示有關待重建的磁納米粒子濃度c的條件似然分布函數，p(c)表示待重建的磁納米粒子濃度c的先驗概率分布函數。

參數化的似然函數為：

其中，p(u|c；λ)表示參數化的有關待重建的磁納米粒子濃度c的條件參數化似然分布函數，λ表示噪聲方差。

在一些優選的實施方式中，所述步驟S400，具體為：