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

[92935]
Title: Schnelle adaptive Aufnahme von Magnetic-Particle-Imaging Daten durch Nutzung mehrerer Gradientenstärken. <em>BVM Workshop 2018</em>
Written by: P. Szwargulski, N. Gdaniec, T. Knopp
in: (2018).
Volume: Number:
on pages: 373
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Note: inproceedings, multi-patch

Abstract: Die Magnetpartikelbildgebung (engl. Magnetic-Particle-Imaging, MPI) ist ein tomografisches Bildgebungsverfahren mit dem super-paramagnetische Nanopartikel mit einer hohen zeitlichen Auflösung visualisiert werden können. Die räumliche Auflösung und die Größe des Bildgebungsbereiches hängen direkt mit der genutzten Gradientenfeldstärke zusammen. Bei einer hohen Gradientenfeldstärke kann zwar eine sehr gute räumliche Auflösung erreicht werden, gleichzeitig verringert sich allerdings der Bildgebungsbereich. Um ein größeres Volumen mit einer hohen räumlichen Auflösung vermessen zu können werden multi-patch Ansätze verwendet bei denen der Bildgebungsbereich mithilfe weiterer Felder im Raum verschoben wird. Da die gesamte Messzeit mit der Anzahl der zu messenden Patches linear zunimmt wird die zeitliche Auflösung dabei aber reduziert. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, bei der zuerst ein schneller niedrig aufgelöster Übersichtsscann aufgenommen wird. Dieser wird anschließend dazu genutzt eine geringe Anzahl von hoch aufgelösten Messungen zu planen. Dabei werden nur solche Bereiche abgetastet die überhaupt Magnetpartikel enthalten. Gerade bei angiographischen Messungen kann so ein großes Volumen mit einer anisotropen räumlichen Auflösung in einem Bruchteil der Zeit aufgenommen werden, die bei der konventionellen Methode notwendig wäre. Die Rohdaten der verschiedenen Messungen werden dazu in einem gemeinsamen linearen Gleichungssystem zusammengefasst und anschließend mittels iterativer Verfahren gelöst.