Fast calibration and image reconstruction for magnetic particle imaging

Manyetik parçacık görüntüleme (MPG), vücuda enjekte edilen manyetik nanoparçacıkların (MNP) uzamsal dağılımını görüntülemede kullanılan görece yeni bir tıbbi görüntüleme yöntemidir. Sistem matrisi (SM) yaklaşımı ile yapılan görüntü geriçatımında, tek bir MNP örneğinin tüm görüş alanı (GA) içine yerleştirilmesi ve taranması yoluyla yapılan ve uzun zaman süren bir kalibrasyon taramasına ihtiyaç vardır. Üstelik SM'nin boyutu, 3B yüksek çözünürlüklü ve görece geniş GA için standart geriçatım teknikleri ile gerçek zamanda yüksek kaliteli görüntüler elde edilemeyecek kadar büyüktür. Bu tezde, kalibrasyon taraması için GA'da birçok pozisyonda MNP örnekleri içeren kodlu kalibrasyon sahneleri (KKS) önerilmektedir. Ayrık kosinüs dönüşümü uzayında seyrek olan SM, l1-norm minimizasyonu ile Yön Değiştiren Çarpanlar Yöntemi (YDÇY) kullanılarak geriçatılmıştır. KKS'lerin etkinliği, farklı parametre kümelerinde benzetimler yoluyla analiz edilmiş ve sonuçlar standart seyrek geriçatım tekniği ile karşılaştırılmıştır. MPG görüntüleri doğal olarak seyrek oldukları için, YDÇY'nin toplam değişinti ve l1-normu birlikte minimize eden versiyonu, görüntü geriçatımı için de önerilmiştir. Görüntü kalitesi MPG görüntü geriçatımında çokça kullanılan şu algoritmaların sonuçları ile karşılaştırılmıştır: Cebirsel geriçatım tekniği, negatif olmayan kaynaşık LASSO ve X-uzayı tabanlı izdüşüm yöntemi. Dahası, YDÇY gerçek zamanlı görüntü geriçatımı için GPU üzerinde paralellenmiştir. Önerilen yöntemler kullanılarak elde edilen sonuçlara göre, sistem kalibrasyonu için gerekli ölçüm süresi büyük ölçüde azaltılmış, ve görüntü kalitesi ve hız açısından görüntü geriçatım performansı önemli oranda iyileştirilmiştir.