Multi-Patch Sequences in Magnetic Particle Imaging

In this project we develop multi-patch imaging sequences and reconstruction algorithms for enlarged measuring fields in magnetic particle imaging (MPI). The regular field-of-view (FOV) in MPI is limited due to physiological constraints such as tissue heating and nerve stimulation. In practice typical FOV are in the range of 2x2x1 cm³. In order to scan larger regions it is possible to shift the FOV to different positions and scan various smaller FOV, which can later be combined to a joint 3D dataset. Especially the reconstruction of multi-patch data is a computationally intensive and memory demanding task. In this project we develop algorithms for efficient reconstruction of multi-patch MPI data.

To reduce calibration time and speed up image reconstruction, we have introduced a number of different methods, including reducing the number of system matricessystem matrix warping, and overscan extrapolation.

Sketch of a multi-patch imaging sequence.

Publications

[84273]
Title: Erweiterung des Bildgebungsbereiches bei der Magnetpartikelbildgebung durch externe axiale Verschiebungen. <em>BVM Workshop 2018</em>
Written by: P. Szwargulski, N. Gdaniec, M. Graeser, M. Möddel, F. Griese, T. Knopp
in: (2018).
Volume: Number:
on pages: 202
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Note: inproceedings, multi-patch

Abstract: Die Magnetpartikelbildgebung (engl. Magnetic-Particle-Imaging, MPI) ist eine Bildgebungsmodalität, die auf der Darstellung super-paramagnetischer Nanopartikeln unter Verwendung von statischen und dynamischen Magnetfeldern basiert. Das Bildgebungsverfahren weist eine hohe zeitliche Auflösung von über 40 Volumen pro Sekunde auf und ist mit einer Detektionsgrenze von 5 ng Eisen ein höchst sensitives Verfahren, mit dem viele medizinische Applikationen adressiert werden können. Als Einschränkung ist der, aus Sicherheitsgründen auf wenige Kubikcentimeter beschränkte, Bildgebungsbereich zu nennen. Um diese Limitierung zu umgehen, können zusätzliche Felder geschaltet und/oder das Objekt mithilfe einer externen Verschiebung durch den Bildgebungsbereich bewegt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rekonstruktionsverfahren entwickelt, welches sowohl bei statischen als auch bei dynamischen Objekten genutzt werden kann und die Rohdaten in der Form bearbeitet, dass der Messfeldverschub berücksichtigt wird. Mit der entwickelten Methode konnten sowohl statische 3D Phantomdaten als auch in-vivo Messdaten eines dynamischen Mausexperimentes (3D+t) erfolgreich rekonstruiert werden.