Frequency response analysis and reconstruction weighting schemes for MR elastography
MR elastografide frekans yanıtı analizi ve geriçatım ağırlıklandırma yöntemleri
- Tez No: 641200
- Danışmanlar: PROF. DR. ERGİN ATALAR, PROF. DR. YUSUF ZİYA İDER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Bioengineering, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Manyetik rezonans elastografi (MRE), invaziv olmayan ve kantitatif olarak in-vivo dokunun elastikliğini değerlendirir. MRE'de, makaslama dalgaları bir aktüatör tarafından dokuya iletilirken, faz kontrast görüntüleri manyetik rezonans görüntüleme (MRG) ile elde edilir. Son olarak, elastiklik haritaları, faz kontrast görüntülerinin içerdiği yerdeğişimi bilgileri kullanılarak oluşturulur. MRE'de dokuda oluşturulan makaslama dalgalarının yönü ve frekansı önemlidir. Bu tezde, MR elastografi sırasında, mod frekanslarında makaslama dalgasının yüksek yerdeğişimi değerleri ile makaslama dalgalarının modlarının beyinde gözlemlenebildiği frekans yanıtı MRE simülasyonları kullanılarak gösterilmiştir. Fantom MRE deneylerinde, uygulanan yerdeğişiminin, 10-20 katı olan yüksek yerdeğişimi dalgaları mod frekanslarında gözlemlenmiştir. Tezin ikinci bölümü, farklı uyarma frekansları ve hareket yönü için toplanan verilerinin her birinden elde edilen elastiklik haritalarını birleştirmek için ağırlıklandırma yöntemlerine odaklanmaktadır. Nihai dalga hızı haritasının sinyal-gürültü oranı (SGO) değerini maksimize eden yeni bir ağırlıklandırma yöntemi, tomoelastografi ve Helmholtz geriçatımları için önerilmiştir. Her iki geriçatım tekniği için, karmaşık MRI sinyalindeki gürültü bilgisi kullanılarak, dalga hızı haritalarının SGO değeri, yüksek SGO varsayımıyla analitik bir yaklaşımla formüle edilmiştir. Böylelikle önerilen SGO ağırlıklandırma yöntemi ile dalga hızı haritasının doğruluğunu veya uzaysal çözünürlüğünü değiştirmemekle birlikte, dalga hızı haritasının SGO'sunu tomoelastografi ve Helmholtz geriçatımı için sırasıyla 2 ve 1,6 kat iyileştirilmiştir. Ayrıca önerilen SGO ağırlandırma yöntemi sayesinde MRG versinin SGO değeri düşükken gözlemlenen yanlılık, tomoelastografide tamamen giderildi ve Helmholtz geriçatımında azaltıldı. Benzer şekilde, MRE geriçatımı için gerinime bağlı bir ağırlıklandırma önerilmiştir. Deneysel sonuçlar, gerinim ağırlıklandırmalı MRE geriçatımının, elastiklik haritasında kapsüllü tümörlerin veya membranlı dokuların sınırlarında oluşabilecek artefaktları önleyebileceğini gösterdi; ancak, bu konu daha detaylı incelenmelidir. Bu tezde manyetik rezonans elastografi alanına iki bağımsız katkı yapılmıştır. Dokudaki makaslama dalgalarının modlarının varlığı gösterilerek, MRE uyarma yöntemlerinde ve MRE'nin güvenliği konularında yeni araştırma alanları açılmaktadır. Elastiklik haritası geriçatımındaki iyileştirmeler, klinik uygulamada MRE'nin rutin kullanımına faydası olabilir.
Özet (Çeviri)
Magnetic resonance elastography (MRE) non-invasively and quantitatively assesses the elasticity of the in-vivo tissue. In MRE, shear waves are induced to the tissue by an actuator, while phase-contrast images are obtained by magnetic resonance imaging (MRI). Finally, elasticity maps are generated using displacement information carried by phase-contrast images. The direction and frequency of the induced shear waves could be crucial in MRE. Here, it is demonstrated by the frequency response MRE simulations that modes of the shear waves can be observed in the brain during MR elastography with high shear wave displacement values at the mode frequencies. High shear wave displacements, 10-20 times of the applied displacement, were observed at mode frequencies in phantom MRE experiments. The second part of the thesis focuses on weighting schemes to combine multiple elasticity maps reconstructed from data collected for different excitation frequencies and motion direction. A new weighting scheme, which maximizes the signal-to-noise ratio (SNR) of the final wave speed map, has been proposed for tomoelastography and Helmholtz inversions. For both inversion techniques, considering the noise on the complex MRI signal, the SNR of the reconstructed wave speed map was formulated by an analytical approach assuming a high SNR. Thus, with the proposed SNR weighting method, while not altering the accuracy or spatial resolution of the wave speed map, the SNR of the wave speed map has been improved by 2 and 1.6 times for tomoelastography and Helmholtz inversion, respectively. The bias occurring for low SNR data cases was eliminated in tomoelastography and reduced in Helmholtz inversion with the proposed SNR-weighted reconstructions. Similarly, a strain-based weighting for MRE reconstruction has been introduced. Experimental results demonstrated that strain weights could prevent artifacts at the boundaries of encapsulated tumors or tissues with membranes; however, further examination is required. In this thesis, two independent contributions have been made to the field of magnetic resonance elastography. By showing the existence of modes of the shear waves in the body, new fronts are opened in the MRE actuation methods and safety. The improvements in the elasticity map inversions could lead to the routine use of MRE in clinical practice.
Benzer Tezler
- Homomorfik filtreleme ile EKG analizi
Başlık çevirisi yok
HÜSEYİN HIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. MEHMET KORÜREK
- Dalgacıklar ve elektrik mühendisliğindeki uygulamaları
Wavelets and application to electrical engineering
EMİNE AYAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Tesisleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZER ÇİFTÇİOĞLU
- Non-linear recovery of sparse signal representations with applications to temporal and spatial localization
Başlık çevirisi yok
ZAFER DOĞAN
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEcole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)Prof. DIMITRI VAN DE VILLE
Prof. THIERRY BLU
- Dynamic characterization and optimization of additively manufactured tpms lattice structures
Katmanlı üretilen tpms kafes yapılarının dinamik karakterizasyonu ve optimizasyonu
UĞUR ŞİMŞEK
Doktora
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. POLAT ŞENDUR
- Characterization of different shape objects using EM pulse for several different scenarios
Farklı senaryolarda EM darbesi kullanarak farklı şekillerdeki nesnelerin karakterizasyonu
EMRE İŞCAN
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. SEBAHATTİN EKER
PROF. VASIL TABATADZE