三维磁共振电阻抗成像的改进分层灵敏度算法-计算物理.PDF

第29卷第6期 计 算 物 理 V01．29．No6 OFCOMPUTATIONALPHYSICS 2012年11月 CHINESEJOURNAL NOV．，2012 文章编号：1001—246X(2012)06-0845-08 三维磁共振电阻抗成像的改进分层灵敏度算法 李 刚， 陈瑞娟， 郝丽玲， 周 梅， 林 凌 (天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072) 摘～要：钵对人体组织电导率鹩三维戏缥闯题．，提_出一种改进的分层灵敏鏖磁共振电阻抗重建算法．利用单方向磁 感应强度信息，对三维电导率图像实行分层重建，每层重建仅利用该层磁通密度分量测量数据，然后对单层重建结 果进行修正以获得三维电导率重建图像．三介质长方体模型上的仿真实验证明，改进的分层重建算法改善了层间 串扰现象，可以获得比一般分层算法甚至整体算法更高的图像分辨率，而且重建时间较整体算法显著减少；基于人 体腿模型的仿真实验表明该算法对复杂模型三维重构的可行性；最后通过仿体实验验证算法的重建效果．改进的 分层灵敏度重建算法降低了灵敏度矩阵法的计算机硬件需求，减少了重建时间，对MREIT的三维重建具有较高的 成像精度和求解效率． 关键词：磁共振电阻抗成像；灵敏度；电导率；三维重建 中图分类号：R318 文献标识码：A O 引言 resonanceelectrical 磁共振电阻抗成像(magnetic impedance resonance imaging，MRI)与电阻抗成像(electricalimpedance 测量成像体内部的磁通密度值从而对成像体的电导率图像进行重构¨≈1．一方面改善了EIT内部电导率变 化对边界电压不敏感所引起的病态性；另一方面，借助MRI使得模型的构建更为准确．因此MREIT显著提 高了电导率图像的分辨率． 磁共振成像在目前的临床诊断中占据重要地位，由于它是基于质子密度的成像方式¨1，因此对软组织 病变的成像具有明显优势，但对于氢质子密度较小的器官和组织却存在局限性．例如，钙化灶在发现病变和 定性诊断方面均有一定作用，但磁共振图像上钙化通常却表现为低信号；由于骨质中氢质子的含量较低，MR 信号比较弱，使得骨皮质病变不能充分显影，对骨细节的观察也就比较困难H3．以电导率分布为成像目标的 MREIT可望补充目前磁共振成像所无法获得的功能信息． 度分量，该算法仅利用磁通密度单一分量进行重构，避免了对成像体的旋转，且成像精度高，成像速度快¨1． 由于人体组织电导率分布的非均匀特性，三维图像比二维更能直观反映病变组织的存在以及位置信息．与二 维相比，尽管在成像原理上一样，但三维重建涉及更加庞大的矩阵，存储空间和重建时间都呈数量级的增加， 因此需要更高的硬件支持． 本文利用灵敏度矩阵算法将MREIT由二维重建推广到三维空间，采用了整体与分层两种重建方式．与 整体重建相比，分层重建利用单层的磁场数据实现对每一层电导率重建，因此数据量小，计算时间短．通过对 两种算法的结果进行比较提出改进的分层重建算法，在对每个层面仅利用该层的磁通密度测量值进行重建 的基础上修正真值，使其更加接近真实电导率的分布．改进的分层重建算法在重建时问和计算量上与分层算 法接近，解决了三维重建中的硬件需求问题，在成像精度上与整体算法接近，成像分辨效果优于上述两种算 法，使图像重建效率明显提高．基于真实人体腿模型的仿真实验体现了该算法的优势与人体应用的可行性． 收稿日期：2011—12—21；修回El期：2012—03—30 基金项目：国家自然科学基金30973964)资助项目 计 算 物 理 第29卷 仿体实验进一步验证了该算法的实际应用效果，对MREIT的发展具有推动作用 1 MREIT正问题与灵敏度重建算法 1．1 MREIT正问题 在低频电流激励下，电导率