Effiziente Rekonstruktion Und Alternative Spulentopologien Für Magnetic-Particle-Imaging

ISBN-13: 9783834815521 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 192 str.

Tobias Knopp

Opis

Tobias Knopp erlautert die Rekonstruktion von MPI-Daten und entwickelt auf Grundlage eines Modells der MPI-Signalkette eine effiziente Methode zur Bestimmung der Systemmatrix. Fur die Rekonstruktion der ortlichen Partikelverteilung nutzt er einen gewichteten, regularisierten Kleinste-Quadrate-Ansatz. Im zweiten Teil der Arbeit stellt der Autor verschiedene neuartige Spulentopologien vor."

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem bildgebenden Verfahren Magnetic-Particle-Imaging (MPI), das es ermöglicht, die örtliche Verteilung super-paramagnetischer Eisenoxid-Nanopartikel mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu bestimmen. Die Arbeit unterteilt sich thematisch in zwei Gebiete. §Der erste Teil beschäftigt sich mit der Rekonstruktion von MPI-Daten. Es wird eine effiziente Methode zur Bestimmung der Systemfunktion vorgestellt, bei der ein Modell der Signalkette genutzt wird. Der modellbasierte Ansatz zur Bestimmung der Systemfunktion benötigt gegenüber der bei MPI bislang zum Einsatz kommenden Kalibrierungsmessung nur einen Bruchteil der Zeit. Nachdem die Systemfunktion bestimmt wurde, muss ein lineares Gleichungssystem gelöst werden, um die Partikelverteilung zu rekonstruieren. Hierzu wird in dieser Arbeit ein gewichteter, regularisierter Kleinste-Quadrate-Ansatz genutzt. Durch die Verwendung iterativer Algorithmen, wie dem CGNR-Verfahren und dem Kaczmarz-Verfahren, wird die Rekonstruktionszeit im Vergleich zu der bei MPI bislang genutzten Singulärwertzerlegung deutlich verkürzt. §Im zweiten Teil der Arbeit werden verschiedene neuartige Spulentopologien vorgestellt. Zum einen wird eine Spulenanordnung vorgestellt, bei der alle felderzeugenden Elemente von nur einer Seite an das Messobjekt herangeführt werden, so dass ein offener Zugang zu dem Messobjekt entsteht. Zum anderen wird eine effiziente Spulentopologie für die Generierung einer sich drehenden feldfreien Linie vorgestellt. Mit dieser kann die Sensitivität von MPI durch eine vollkommen neue Form der Bildkodierung deutlich verbessert werden.

Spis treści

Physikalische Grundlagen, Simulationsumgebung, Konzepte der Bildgebung, Effiziente Rekonstruktion, Simulationsstudie zur Abtasttrajektorie, Single-Sided-Spulenanordnung, Modellbasierte Rekonstruktion, Bildgebung mit einer feldfreien Linie

O autorze

Dr. Tobias Knopp promovierte bei Prof. Dr. Thorsten M. Buzug am Institut für Medizintechnik der Universität zu Lübeck und arbeitet dort als Projektleiter für das MAPIT-Projekt.

Blurb

Das bildgebende Verfahren Magnetic-Particle-Imaging (MPI) ermöglicht es, die örtliche Verteilung super-paramagnetischer Eisenoxid-Nanopartikel mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu bestimmen.
Tobias Knopp erläutert zunächst die Rekonstruktion von MPI-Daten und entwickelt auf Grundlage eines Modells der MPI-Signalkette eine effiziente Methode zur Bestimmung der Systemmatrix. Für die Rekonstruktion der örtlichen Partikelverteilung nutzt er einen gewichteten, regularisierten Kleinste-Quadrate-Ansatz. Er zeigt, dass durch die Verwendung iterativer Verfahren mit einer speziellen Zeilengewichtung die Rekonstruktionszeit gegenüber direkten Verfahren deutlich verkürzt werden kann. Im zweiten Teil der Arbeit stellt der Autor verschiedene neuartige Spulentopologien vor: Zum einen eine Spulenanordnung, bei der alle felderzeugenden Elemente von nur einer Seite an das Messobjekt herangeführt werden, sodass ein offener Patientenzugang entsteht. Zum anderen eine effiziente Spulentopologie für die Generierung einer rotierenden feldfreien Linie, mit der eine vollkommen neue Form der Bildkodierung mit deutlich höherer Sensitivität realisiert werden kann.