مقاله مدل تعادلی با ناهمسانگردی برای بازسازی مبتنی بر مدل در تصویربرداری ذرات مغناطیسی

چکیده

Magnetic particle imaging is a tracer-based tomographic imaging technique that allows the concentration of magnetic nanoparticles to be determined with high spatio-temporal resolution. To reconstruct an image of the tracer concentration, the magnetization dynamics of the particles must be accurately modeled. A popular ensemble model is based on solving the Fokker-Plank equation, taking into account either Brownian or Néel dynamics. The disadvantage of this model is that it is computationally expensive due to an underlying stiff differential equation. A simplified model is the equilibrium model, which can be evaluated directly but in most relevant cases it suffers from a non-negligible modeling error. In the present work, we investigate an extended version of the equilibrium model that can account for particle anisotropy. We show that this model can be expressed as a series of Bessel functions, which can be truncated based on a predefined accuracy, leading to very short computation times, which are about three orders of magnitude lower than equivalent Fokker-Planck computation times. We investigate the accuracy of the model for 2D Lissajous MPI sequences and show that the difference between the Fokker-Planck and the equilibrium model with anisotropy is sufficiently small so that the latter model can be used for image reconstruction on experimental data with only marginal loss of image quality, even compared to a system matrix-based reconstruction.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

تصویربرداری ذرات مغناطیسی یک روش تصویربرداری توموگرافی مبتنی بر ردیاب است که اجازه می دهد غلظت نانوذرات مغناطیسی با وضوح مکانی بالا و زمانی تعیین شود.برای بازسازی تصویری از غلظت ردیاب ، پویایی مغناطش ذرات باید به طور دقیق مدل سازی شود.یک مدل گروه محبوب مبتنی بر حل معادله Fokker-Plank با در نظر گرفتن Brownian یا Néel Dynamics است.ضرر این مدل این است که به دلیل معادله دیفرانسیل محکم ، از نظر محاسباتی گران است.یک مدل ساده ، مدل تعادل است که می تواند به طور مستقیم ارزیابی شود اما در اکثر موارد مرتبط از یک خطای مدل سازی غیر غیر قابل تحمل رنج می برد.در کار حاضر ، ما یک نسخه گسترده از مدل تعادل را بررسی می کنیم که می تواند ناهمسانگردی ذرات را به خود اختصاص دهد.ما نشان می دهیم که این مدل را می توان به عنوان یک سری از توابع بسل بیان کرد ، که می تواند بر اساس دقت از پیش تعریف شده کوتاه شود و منجر به زمان محاسبه بسیار کوتاه شود ، که تقریباً سه مرتبه پایین تر از زمان محاسبه Fokker-Planck است.ما صحت مدل را برای توالی MPI 2D Lissajous بررسی می کنیم و نشان می دهیم که تفاوت بین Fokker-Planck و مدل تعادل با ناهمسانگردی به اندازه کافی کوچک است به طوری که از مدل دوم برای بازسازی تصویر بر روی داده های تجربی تنها با از دست دادن حاشیه ای استفاده می شود.کیفیت تصویر ، حتی در مقایسه با بازسازی مبتنی بر ماتریس سیستم.