科技简报:压缩感知成像技术

关键词:——压缩感知技术,可以实现扫描速度成倍提高,而且可以保证最大程度获得最精准的采样信号。

意义:——压缩感知技术,

主要是减少X光辐射会对病人所造成的身体损害。

序言:日前,由苏州市政府举办的首届“全球人工智能产品应用博览会”在苏州举行。作为本次大会在医疗领域的合作方,飞利浦健康科技特别策划“医疗人工智能尖峰论坛”。美国工程院院士John

Gore教授、荷兰莱顿大学Rob van der

Geest教授及上海长征医院刘士远教授等国内外专家、学者出席本次峰会。相关专家在会议上指出,扫描速度慢是磁共振技术发展的限制因素。而最新发布的光速智能磁共振产品中采取革命性的加速技术——压缩感知技术,可以实现扫描速度成倍提高,而且可以保证最大程度获得最精准的采样信号。

《一》压缩感知成像技术可成倍提高扫描速度

一直以来,磁共振成像(MRI)具有安全无辐射、软组织对比度高、功能成像方法多等优势,但扫描时间较长限制了其应用范围。科研机构与医疗组织一直不断加强合作,以在不损失图像精度的前提下,加速扫描时间,持续提升磁共振在临床应用中的性能。研究者经过多年的研发,突破了信号采集、空间转换和重建速度的限制,率先在光速智能磁共振上实现全身全序列压缩感知成像。

压缩感知(CS)成像被誉为21世纪数学领域最重大的突破之一,并被广泛应用于军事、地质、天文学等领域,在磁共振成像领域更是掀起了一场加速革命。相关专家指出,传统磁共振采样的扫描时间长,存在大量信息冗余,且容易存在信噪比。基于压缩感知成像技术,不仅可以得到高质量、无伪影的图像,而且节省了扫描时间。压缩感知成像技术将成为目前骨肌系统的静态影像向动态影像转化的基础,将带来影像界的新的革命性飞跃。

《二》光速磁共振与人工智能平台无缝结合

光速智能磁共振的设计理念为:随机采样以压缩扫描时间,迭代重建以感知图像精华。它采用数字化随机采样后,经小波变换,在希尔伯特空间上离散降噪后再做小波逆变换。基于卓越的后处理优化系统,光速智能磁共振以56000幅/

秒的速度不断优化、循环重建后,最终大幅缩短扫描时间。举例来说,在不影响图像精度的前提下,压缩感知成像能提高腹部扫描速度5~24倍,提升骨肌成像速度3~6倍,加速心脏成像6~10倍,盆腔扫描时间可由传统磁共振所需的2分半钟锐减到50秒。在针对各器官的扫描中,均能减少运动伪影,改善软组织对比度。

光速智能磁共振采用alpha智能梯度,具备80mt/m超高梯度场强和200mt/m/ms的超快切换率,为全身压缩感知成像提供强大的硬件基础。Alpha梯度具备四种智能模式,能满足多层次的临床科研需求。此外,光速磁共振还提供AI解决方案:CX与ISD2.0人工智能平台无缝结合,在神经、肿瘤、心脏、影像组学领域支持临床科研,加速创新转化。它通过对磁共振图像进行分割提取、配准、组学分析,实现医学影像和组学数字化,并通过人工智能算法实现大量更新的AI应用。

《三》压缩感知成像技术作为一项崭新的造影技术,其主要的意义及作用为:我们可以在采集数据的时候只简单采集一部分数据(「压缩感知」),然后把复杂的部分交给数据还原的这一端来做,正好匹配了我们期望的格局。在医学图像领域里,这个方案特别有好处,因为采集数据的过程往往是对病人带来很大麻烦甚至身体伤害的过程。以

X 光断层扫描为例,众所周知 X

光辐射会对病人造成身体损害,而「压缩感知」就意味着我们可以用比经典方法少得多的辐射剂量来进行数据采集,这在医学上的意义是不言而喻的。

这一思路可以扩展到很多领域。在大量的实际问题中,我们倾向于尽量少地采集数据,或者由于客观条件所限不得不采集不完整的数据。如果这些数据和我们所希望重建的信息之间有某种全局性的变换关系,并且我们预先知道那些信息满足某种稀疏性条件,就总可以试着用类似的方式从比较少的数据中还原出比较多的信号来。到今天为止,这样的研究已经拓展地非常广泛了。

但是同样需要说明的是,这样的做法在不同的应用领域里并不总能满足上面所描述的两个条件。有的时候,第一个条件(也就是说测量到的数据包含信号的全局信息)无法得到满足,例如最传统的摄影问题,每个感光元件所感知到的都只是一小块图像而不是什么全局信息,这是由照相机的物理性质决定的。为了解决这个问题,美国

Rice

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