一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法：利用获得的多频磁感应断层成像测量数据构造多频测量矩阵，利用内部阻抗变化与边界测量数据的关系，将多频磁感应断层成像的图像重建建模成多频测量矩阵逆问题并进行求解；利用盲源分离思想将求解得到的逆问题解矩阵进行成分分解；基于特定组织的生物阻抗谱特性识别出该组织对应的成分，提取该成分并进行磁感应断层成像图像转化，得到重建图像。本发明专利技术可以在生物组织复杂阻抗分布条件下对不同组织的图像进行有效的多频磁感应断层成像重建。层成像重建。

【技术实现步骤摘要】
一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法


[0001]本专利技术属于磁感应断层成像(Magnetic Induction Tomography,MIT)
，涉及一种基于盲源分离思想的多频MIT重建方法和MIT系统。

技术介绍

[0002]磁感应断层成像(MIT)技术是依据涡流检测原理的一种无创、非接触成像技术，通常包括以下流程：采用与被测物不接触的线圈产生交变磁场，使被测物感应出涡流，通过测量区域外围放置的线圈检测该涡流产生的感应磁场，最后利用图像重建算法进行成像。由于MIT技术的检测成本低、无辐射以及可以进行功能成像等优势，在工业和生物医学领域得到了广泛关注。
[0003]由于生物组织集合体复杂的阻抗分布特性，对MIT重建算法提出了较高的要求。在生物医学领域MIT重建算法主要集中于单频差分算法研究，即通过两个测量状态之间的差异来重建电导率的变化。依据单频差分算法原理，成像过程需要不包含特定目标的数据做参考背景(但仍包括其他同属于测量区域内的其他结构或组织)，将含特定目标的数据与其差分，从而重构出特定目标的图像，但由于实际往往很难获得不包含特定目标的数据，使得单频差分算法的应用受限。多频MIT重建算法利用各种生物组织的阻抗频谱特性存在明显差异的特点，通过多频MIT数据重构出特定目标的MIT图像，不需要参考背景(不包含特定目标的数据)，因此应用前景更为广泛，有望实现临床中对损伤组织、肿瘤组织等特定目标进行快速检测的目的。
[0004]多频MIT重建算法需要解决的技术难题在于如何克服生物组织阻抗分布的复杂性对重建的影响。现有的多频MIT重建算法，通常将组织阻抗分布按照近似均匀的分布进行简化(ZOLGHARNI M,GRIFFITHS H,LEDGER P D.Frequency
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difference MIT imaging of cerebral haemorrhage with a hemispherical coil array:numerical modelling.Physiol Meas,2010,31(8):S111
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25.)，在工业领域这种简化是可行的，同时对重构结果影响较小，而在生物医学领域，由于生物体，例如人体的组织成分复杂，阻抗分布难以按照均匀的分布进行近似，因此现有研究只能在仿真和简单物理模型条件下重构出特定目标，而在人体复杂的阻抗分布情况下无法获得能够识别特定目标的多频MIT图像(XIAO Z,TAN C,DONG F.Multi
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frequency difference method for intracranial hemorrhage detection by magnetic induction tomography.Physiol Meas,2018,39(5):055006；XIANG J,DONG Y,YANG Y.Multi
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frequency Electromagnetic Tomography for Acute Stroke Detection Using Frequency
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Constrained Sparse Bayesian Learning.IEEE Transactions on Medical Imaging,2020,11.)。目前，仅在时间分离的图像处理中见到了利用盲信号分离共有时域图案的报道(CN102282587A)。
[0005]总之，在多频MIT技术的应用过程中，由于存在结构复杂、电导率分布不均匀等因素，目前尚无法利用多频MIT技术实现在生物组织复杂阻抗分布条件下对特定组织的图像进行重建。因此，迫切需要提出一种适用于生物组织复杂阻抗分布的多频MIT重建算法。

技术实现思路

[0006]针对目前缺乏能有效适用于生物组织复杂阻抗分布条件的多频MIT重建算法的问题，本专利技术提出一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像(MIT)重建方法，包括以下步骤：
[0009]1)将获得的多频MIT测量数据组装为多频测量矩阵，利用内部阻抗变化与边界测量数据的关系，建立基于多频测量矩阵的MIT图像重建逆问题模型，对该模型进行求解，得到多频MIT逆问题解矩阵；
[0010]2)通过盲源分离对多频MIT逆问题解矩阵进行成分分解；
[0011]3)根据特定生物组织的阻抗谱特性，从分解得到的成分中识别出该组织对应的成分，将该成分进行MIT图像转化，得到所述特定生物组织的重建图像。
[0012]优选的，所述多频MIT测量数据采集自包含特定生物组织的具有复杂阻抗分布的生物组织集合体。
[0013]优选的，所述步骤1)中，多频测量矩阵表示为：
[0014][0015]其中，其中，表示测量区域内为包含特定生物组织的生物组织集合体时第i个频率下采集的磁感应信号，为测量区域内为空气或真空时第i个频率下采集的磁感应信号，n为测量频率个数。
[0016]优选的，所述步骤1)中，MIT图像重建逆问题模型表示为：
[0017][0018]其中，Δσ为多频MIT逆问题解矩阵，B
norm
为重构矩阵，为预处理后的多频测量矩阵。
[0019]优选的，所述步骤2)中，将多频MIT逆问题解矩阵的每个解向量作为观测到的混合信号，并通过自适应的获取信号权重实现成分分解，从而通过盲源分离得到矩阵：
[0020][0021]其中，S
j
代表第j种生物组织对应的成分。
[0022]优选的，所述步骤3)具体包括以下步骤：
[0023]3.1)将特定生物组织的各频率下的阻抗值按照频率排列成阻抗谱向量γ：
[0024][0025]其中，f
i
为第i个频率，n为测量频率个数；
[0026]结合所述特定生物组织的阻抗谱向量γ从成分分解得到的不同生物组织对应的成分中提取所述特定生物组织对应的成分S
lesion
(例如，参照阻抗谱向量，选择与特定生物组织相关性最大的独立成分)；
[0027]3.2)通过信号和图像处理，将成分S
lesion
转化为实时显示的多频MIT图像。
[0028]优选的，所述信号和图像处理选自幅度较正、灰度或伪彩色映射、二维或三维空间位置映射中的一种或多种。
[0029]一种磁感应断层成像系统，包括多频MIT测量单元以及MIT图像重建单元；所述MIT图像重建单元包括MIT建模及求解模块、盲源分离模块和MIT成像模块；
[0030]所述MIT建模及求解模块用于将多频MIT测量单元获得的多频MIT测量数据组装为多频测量矩阵后利用内部阻抗变化与边界测量数据的关系，建立基于多频测量矩阵的MIT图像重建逆问题模型并求解该模型；
[0031]所述盲源分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将获得的多频MIT测量数据组装为多频测量矩阵，利用内部阻抗变化与边界测量数据的关系，建立基于多频测量矩阵的MIT图像重建逆问题模型，对该模型进行求解，得到多频MIT逆问题解矩阵；2)通过盲源分离对多频MIT逆问题解矩阵进行成分分解；3)根据特定生物组织的阻抗谱特性，从分解得到的成分中识别出该组织对应的成分，将该成分进行MIT图像转化，得到所述特定生物组织的重建图像。2.根据权利要求1所述一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法，其特征在于：所述多频MIT测量数据采集自包含特定生物组织的具有复杂阻抗分布的生物组织集合体。3.根据权利要求1所述一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法，其特征在于：所述步骤1)中，多频测量矩阵表示为：其中，表示测量区域内为包含特定生物组织的生物组织集合体时与测量区域内为空气或真空时第i个频率下采集的磁感应信号的差值，n为测量频率个数。4.根据权利要求1所述一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法，其特征在于：所述步骤1)中，MIT图像重建逆问题模型表示为：其中，Δσ为多频MIT逆问题解矩阵，B
norm
为重构矩阵，为预处理后的多频测量矩阵。5.根据权利要求1所述一种基于盲源分离的多频磁感应断层成像重建方法，其特征在于：所述步骤2)中，将多频MIT逆问题解矩阵的每个解向量作为观测到的混合信号，并通过自适应的获取信号权重实现成分分解，从而通过盲源分离得到矩阵自适应的获取信号权重实现成分分解，从而通...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐灿华，张涛，刘锐岗，刘学超，董秀珍，付峰，史学涛，杨滨，代萌，刘本源，章伟睿，季振宇，周怡敏，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军军医大学，
类型：发明
国别省市：