Low convective field artifact elimination using dielectric padding and multichannel receive in cr-MREPT conductivity images
Dielektrik yastık ve çok kanallı alıcı kullanımı ile kr-MREPT iletkenlik görüntülerinde düşük konvektif bölge artefaktlarının giderimi
- Tez No: 520351
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ZİYA İDER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 78
Özet
RF frekanslarında dokuların elektrik iletkenliğini görüntülemek, MR güvenliği ile yakından ilişkili lokal özgül soğurma hızı kestirimi ile birlikte tıbbi teşhis açısından önemli bir araçtır. Manyetik Rezonans Elektriksel Özellikler Tomografisi (MREÖT) algoritmaları, ilgilenilen nesnenin elektriksel özelliklerinin B1 alanında birtakım bozulmalar yarattığını ve B1 alanı ölçümlerini kullanan bir ters problem çözülerek yeniden yapılandırılabileceği fikrini kullanır. Konveksiyon-reaksiyon denklemi tabanlı Manyetik Rezonans Elektriksel Özellikler Tomografisi (kr-MREÖT), geleneksel MREÖT algoritmalarının aksine, sınır artefaktı olmayan ve gürültüye karşı dayanıklı iletkenlik görüntüleri sağlar. Buna karşın, bu görüntüler Düşük Konvektif Bölge (DKB) artefaktından muzdariptir. Bu tezde, DKB artefaktını ortadan kaldırmak için iki yöntem önerilmektedir. Birinci yöntemde, dielektrik yastıklar, verici manyetik alanını değiştirmek ve DKB bölgesini, farklı uyarımlarda birbirine göre kaydırmak için değişik pozisyonlarda kullanılır. Bir elektromanyetik modelde farklı parametrelere sahip yastıklar (elektriksel özellikler, yastık kalınlığı, yastık yüksekliği, yay açısı ve yastık-nesne boşluğunun kalınlığı) ile benzetimler elde edildi. İlk olarak, yüksek dielektrik ve yüksek iletken yastıkların B1 alanına etkisi analiz edildi. Daha sonra, fantomun etrafında çeşitli pozisyonlara yerleştirilen yastık ile iki veri seti elde edildi ve DKB artefaktı olmayan iletkenlik görüntüleri elde etmek için, söz konusu doğrusal denklem sistemleri eş zamanlı olarak çözüldü (birleştirildi). Deneysel çalışmalarda agar-tuz fantomları ile su yastıkları ve BaTiO3 yastıkları kullanıldı. Genel olarak yastık, en yüksek fayda için 180o yay açısına ve fantomla aynı yüksekliğe sahip olmalıdır. Ayrıca, yastık fantoma ne kadar yakın olursa, etkisi daha belirgin olmaktadır. Yastık kalınlığını ve/veya yastığın iletkenliğini arttırmak, DKB kayma miktarını arttırırken, bu parametrelerin aşırı artırılması iletkenlik görüntülerinde hatalara neden omaktadır. Bunun sebebi araştırılmış ve manyetik alanın z-yönündeki teriminin (Hz) uzaysal türevlerinin ihmal edilebilir olduğu varsayımının, yüksek etkili yastık kullanımı ile bozulduğu gözlemlenmiştir. Diğer taraftan, yastık iletkenliği DKB artefaktının ortadan kaldırılmasında önemli bir etkiye sahip değildir. Önerilen yöntem kullanılarak DKB artefaktı kaldırılmış ve ayrıca oluşturulan iletkenlik görüntülerindeki değerlerin doğruluğu geliştirilmiştir. Kalın su yastıklarının ince olanlardan daha iyi olduğu, yüksek dielektrik yastıklarının ise ince olarak tercih edilmesi gerektiği kanıtlanmıştır. Bu yöntemin sınırlayıcı etkenleri, çoklu uyarımlardan dolayı veri elde süresinin artıyor olması ve Hz ile ilgili varsayımın yastık parametresi seçimi ile önemli ölçüde bozulmasıdır. İkinci yöntem sadece 1 uyarım gerektiren ve DKB artefaktını düzelten bir çözüm önermektedir. Çok kanallı bir almaç sarımının almaç hassasiyetleri arasındaki farkını, her kanal verisindeki DKB bölgelerini değiştirmek için bir araç olarak kullanır. Quadrature olmayan bir sarım için doğruluğunu yitirmesine rağmen, gönderim fazının toplam fazın yarısına eşit olduğu yaklaşımını söyleyen toplam faz varsayımı (TFV) kullanılır ve farklı kanallardan oluşturulan veriler DKB artefaktından muaf iletkenlik görüntüleri oluşturmak için birleştirilir. Sonuçlar karşılaştırılacak olursa, ikinci yöntem, DKB artefaktı olmadığı için özgün yöntemden, ve yastık yönteminin gerektirdiği sürenin en az yarısı ile veri alabilmesinden dolayı yastık yönteminden daha üstündür. Bununla birlikte, çok kanallı almaç yöntemi, doğru olmayan faz kullanımından ötürü kesinlikten yoksundur, fakat, sadece komşu dokular arasındaki karşıtlık incelenirken nitel iletkenlik görüntüleme için değerli bir araç olabilir.
Özet (Çeviri)
Imaging the electrical conductivity of the tissues in RF frequencies is an important tool for medical diagnostic purposes along with the local specific absorption rate estimation that is closely related to MR safety aspects. Magnetic Resonance Electrical Properties Tomography (MREPT) algorithms use the fact that the electrical properties of the object of interest perturb the B1 field and that they can be reconstructed by solving an inverse problem that requires the measured B1 field. Convection-reaction-equation based magnetic resonance electrical properties tomography (cr-MREPT) provides conductivity images that are boundary artifact free and robust against noise in contrast to conventional MREPT algorithms. However, these images suffer from the Low Convective Field (LCF) artifact. This thesis propose two methods to eliminate the LCF artifact. One of which is to use dielectric pads in alternating positions to modify the transmit magnetic field and shift the LCF region from each other in different excitation data. Within an electromagnetic model, pads with different parameters (electrical properties, pad thickness, pad height, arc angle, and thickness of the pad-object gap) are simulated. First, the efect of high dielectric and high conductive pads onto the B1 field is analyzed. Then, two data sets with the pad located on various locations of the object (phantom) are acquired, and the corresponding linear system of equations are simultaneously solved (combined) to get LCF artifact free conductivity images. In experimental studies, water pads and BaTiO3 pads are used with agar-saline phantoms. In general, a pad should have 180o arc angle and the same height with the phantom for maximum benefit. Also, the closer the pad is to the phantom, the more pronounced is its efect. Increasing the pad thickness and/or the relative permittivity of the pad increases the LCF shift while excessive amounts of these parameters cause errors in conductivity reconstructions because of the failure in the assumption made such that the z-component of the magnetic field (Hz) is neglected in the solution. Conductivity of the pad, on the other hand, has minimal effect on elimination of the LCF artifact. Using the proposed technique, LCF artifact is removed and also the reconstructed conductivity values are improved. Thick water pads are proved to be better than the thin ones whereas high dielectric pads must be preferred as thin. The drawbacks of this method are that the acquisition time increases with the multiples of the excitation number and that the Hz assumption may fail to validate significantly with the choice of pad parameters. The second method proposes a solution that requires 1 excitation only and circumvents the LCF artifact. It uses the di_erence between the receive sensitivities of a multichannel receive coil as a means to alter the LCF regions in each channel data. Although it loses its accuracy for a non-quadrature coil, transceive phase assumption, which approximates the transmit phase as the half of the transcieve phase, is utilized and the data formed from different channels are combined to reconstruct LCF-free conductivity images. Comparing the results, this latter technique is superior to the original method as LCF artifact is eliminated and is superior to the padding technique as it requires at least half the time required for padding. However, the multichannel receive method lacks accuracy due to the incorrect phase, whereas it can be a valuable tool for non-quantitative conductivity imaging that only the contrast between the neighboring tissues is sufficient.
Benzer Tezler
- Multichannel and phase based magnetic resonance electrical properties tomography
Çok kanallı ve faz temelli manyetik rezonans elektriksel özellik tomografisi
NECİP GÜRLER
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ZİYA İDER
- Convection-reaction equation based magnetic resonance electrical properties tomography (CR-MREPT)
Taşıma-reaksiyon denklemi temelli manyetik rezonans elektriksel özellikler tomografisi (TR-MREÖT)
FATİH SÜLEYMAN HAFALIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. YUSUF ZİYA İDER
- Iterative fitting approach to cr-MREPT
kr-MREÖT için yinelemeli yaklaştırma yöntemi
ÇELİK BOĞA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ZİYA İDER
- Genel amaçlı biopotansiyel kuvvetlendirici
General purposes biomedical signal amplifying
CEYHUN SEZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. MEHMET KORÜREK
- Design, implementation and construction of an eight channel MR-EPT array and its use in mr-ept
Sekiz kanallı MR-EPT sarım dizaynı, üretimi ve MREÖT çalışmalarında kullanımı
GÖKHAN ARITÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ZİYA İDER