基于改进牛顿-拉夫逊算法的脑出血磁感应断层成像研究 |
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引用本文: | 曹弘贵,叶波,姜瑛,罗思琦,曹众楷,欧阳俊林.基于改进牛顿-拉夫逊算法的脑出血磁感应断层成像研究[J].电子与信息学报,2023(12):4477-4488. |
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作者姓名: | 曹弘贵 叶波 姜瑛 罗思琦 曹众楷 欧阳俊林 |
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基金项目: | 国家自然科学基金(62203195);;云南省中青年学术和技术带头人后备人才项目(202305AC160062); |
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摘 要: | 针对脑出血磁感应断层成像(MIT)中正问题模型过于简化、图像重建质量较低、算法收敛效率低、病变与背景间伪影较大、耗时较长等问题,该文提出一种用于脑出血MIT的改进牛顿-拉夫逊(NR)算法。将线性反投影(LBP)算法计算结果作为改进NR算法的迭代初值,在目标函数中加入自适应加速惩罚项和L2范数惩罚项,提高算法每一步迭代的效率,减少重建图像的伪影。引入投影算子P施加物理意义上的约束,提高收敛速度并改善成像质量。利用Comsol Multiphysics构建了包含头皮、颅骨、脑脊液和脑实质的真实3维颅脑模型。仿真计算了相位差检测值和灵敏度矩阵用于后续的图像重建。利用所提改进NR算法与5种图像重建算法分别对3个位置出血量分别为24 ml, 14 ml, 2 ml的脑出血进行磁感应断层成像。实验结果表明,所提算法相比其他5种算法重建图像的质量更高,成像时间平均只需NR算法的1/3。使用更少的迭代次数重建出更高质量的图像,并且能实现2 ml脑出血的图像重建,为脑出血的MIT检测提供一种新的有效算法。
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关 键 词: | 脑出血 磁感应断层成像 有限元分析 牛顿-拉夫逊算法 图像重建 |
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