Diffusion tensor magnetic resonance electrical impedance tomography (DT-MREIT) and its expansion to multi-physics multi-contrast magnetic resonance imaging
Difüzyon tensörü manyetik rezonans elektriksel empedans tomografisi (DT-MREET) ve çok fizikli çok kontrastlı manyetik rezonans görüntülemesine genişletmesi
- Tez No: 679361
- Danışmanlar: PROF. DR. BEHÇET MURAT EYÜBOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 159
Özet
Difüzyon tensörü manyetik rezonans elektriksel empedans tomografisi (DT-MREET), difüzyon tensör görüntüleme (DTG) ve manyetik rezonans elektriksel empedans tomografisi (MREET) tekniklerini kullanarak düşük frekanslı yön bağımlı iletkenlik dağılımı elde etmek için önerilen yeni görüntüleme yöntemlerinden biridir. DT-MREET, gözenekli bir ortamda iletkenlik ve su kendinden difüzyon tensörleri (C ve D) arasındaki doğrusal ilişkiye dayanır. Öte yandan, akım yoğunluğu dağılımı (J) bilgisi, transkraniyal doğru ve alternatif akım stimülasyonları (tDAS ve tAAS) ve derin beyin stimülasyonu (DBS) gibi birçok tıbbi uygulamada tedavileri optimize etmek ve planlamak için kullanılır. Manyetik rezonans akım yoğunluğu görüntüleme (MRAYG), harici olarak uygulanan akımlar tarafından indüklenen kesitsel manyetik akı yoğunluğu (Bz) ve J dağılımlarını elde etmek için kullanılır. DT-MREET ve MRAYG'nin klinik uygulanabilirliği, büyük ölçüde elde edilen gürültülü Bz ve tahmini J dağılımlarının hassasiyetine bağlıdır. Bu tezde, MRAYG ile klinik olarak kabul edilebilir bir görüntüleme süresinde, nitelikli (yüksek SGO seviyesine sahip) Bz ve J dağılımları elde etmek için uygulanan akım doğrusal olmayan kodlama-çoklu eko-FLASH (ICNE-ME-FLASH) adlı yeni bir darbe dizisi kullanılmıştır. Ayrıca, ilgili darbe dizisi parametrelerinin elde edilen Bz görüntülerinin SGO seviyesi ve toplam görüntüleme süresi üzerindeki birleşik etkisini araştırmak için bir analiz geliştirilmiştir. İstenen SGO seviyesi için minimum toplam görüntüleme süresi veya belirli bir zamanda ulaşılabilen en yüksek SGO seviyesi, önerilen analiz kullanılarak tahmin edilebilir. Ayrıca yapılan analiz, farklı deneysel durumlarda kullanılabilecek, istenen SGO seviyesini yaklaşık aynı görüntüleme süresinde sağlayan farklı dizi parametre setleri (TR, NEX, a) elde etmekte kullanılabilir. Önerilen ICNE-ME-FLASH darbe dizisini kullanarak, I = 200 ve 400 uA akım uygulaması ile 13 dB tahmini SGO'ya sahip Bz dağılımları, sırasıyla, 19 ve 5 dakikadan daha kısa toplam görüntüleme süresinde ölçülebilir. Ayrıca, ICNE-ME-FLASH kullanılarak yapılan MRAYG deneylerinde manyetohidrodinamik (MHD) akış hızının (v) ve gradyanların yoğun kullanımının etkileri ilk kez araştırılmıştır. DT-MREET ile tek bir yönde akım uygulaması ile iletkenlik tensör görüntülerini geri çatmak amacıyla yeni bir geri çatma algoritması tasarlanmıştır. Akım uygulama yönlerinin sayısının bire düşmesi ile toplam görüntüleme süresinin, akım uygulama kablolarının ve kontak elektrotlarının sayılarının da yarıya inmesi sayesinde DT-MREET'nin klinik uygulanabilirliği arttırılmıştır. I = 3 mA akım uygulaması ile iki görüntüleme fantomunun iletkenlik tensör dağılımları, önerilen tek akımlı DT-MREET metodu kullanılarak geri çatılmıştır. DTG ve Bz görüntüleme için toplam görüntüleme süreleri 21 ve 30 dakikadır. İki akım uygulaması ile aynı MRAYG prosedürü iki kat daha uzun sürer. ICNE-ME-FLASH darbe dizisi kullanılarak ölçülen Bz dağılımlarının SGO seviyesi, iki fantom için 36 dB ve 32 dB olarak tahmin edilmiştir. Ayrıca, üç farklı darbe dizisi kullanarak bu çoklu verileri ayrı ayrı elde etmek yerine D, Bz ve v verilerini aynı anda elde etmek için bir çoklu fizik çoklu kontrast darbe dizisi önerilmiş ve uygulanmıştır. Önerilen darbe dizileri, SGO ve toplam görüntüleme süresi analizi ve geri çatma algoritmaları, simüle edilmiş ölçümler ve fiziksel deneyler kullanılarak değerlendirilmiştir. Tüm bu gelişmeler ve önerilen yöntemler, klinik uygulamada akım yoğunluğu ve iletkenlik tensör görüntüleme yöntemlerinin rutin kullanımının önünü açma potansiyeline sahiptir.
Özet (Çeviri)
Diffusion tensor magnetic resonance electrical impedance tomography (DT-MREIT) is one of the emerging imaging modalities to obtain low-frequency anisotropic conductivity distribution employing diffusion tensor imaging (DTI) and magnetic resonance electrical impedance tomography (MREIT) techniques. DT-MREIT is based on the linear relationship between the conductivity and water self-diffusion tensors (C and D) in a porous medium. On the other hand, knowledge of the current density (J) distribution is used in many medical applications to optimize and plan treatments like transcranial direct and alternating current stimulations (tDCS and tACS) and deep brain stimulation (DBS). Magnetic resonance current density imaging (MRCDI) is used to acquire cross-sectional current-induced magnetic flux density (Bz) and J distributions of the externally injected currents. The clinical applicability of DT-MREIT and MRCDI is highly dependent on the sensitivity of the acquired noisy Bz and the estimated J distributions. In this thesis, a novel pulse sequence, namely the injected current nonlinear encoding -multi-echo–FLASH (ICNE-ME-FLASH), is implemented for MRCDI to acquire qualified (high SNR) Bz and J distributions in a clinically acceptable scan time. Also, an analysis is developed to investigate the combined effect of relevant sequence parameters on the SNR level and the total acquisition time of the acquired Bz images. The minimum total acquisition time for the desired SNR level or the highest SNR achievable in a given time can be estimated using the proposed analysis. Also, the analysis provides different sets of sequence parameters (i.e., TR, NEX, a) to achieve the desired SNR level in almost the same acquisition time that can be used in different experimental situations. Using the proposed ICNE-ME-FLASH pulse sequence, the Bz distributions with the estimated SNR of 13 dB associated with I=200 and 400 uA current injection can be measured in the total scan time less than 19 and 5 minutes, respectively. Also, the effects of magnetohydrodynamic (MHD) flow velocity (v) and the intensive utilization of the gradients in the MRCDI experiments using ICNE-ME-FLASH are investigated for the first time. A novel reconstruction algorithm is devised for DT-MREIT to reconstruct the conductivity tensor images using a single current injection. Therefore, the clinical applicability of DT-MREIT can be improved by reducing the total acquisition time, the number of current injection cables, and contact electrodes to half by decreasing the number of current injection patterns to one. The conductivity tensor distributions of two imaging phantoms with I = 3 mA current injection are reconstructed using the proposed single current DT-MREIT. The total data acquisition time for DTI and Bz imaging is 21 and 30 minutes. The same MRCDI procedure with two current injections lasts twice as much. The SNR of the measured Bz using ICNE-ME-FLASH pulse sequence is estimated as 36 dB and 32 dB for the two phantoms. Furthermore, a multi-physics multi-contrast pulse sequence is proposed and implemented to acquire D, Bz, and v data simultaneously instead of acquiring these multiple data individually using three different pulse sequences. The proposed pulse sequences, the SNR and total acquisition time analysis, and the reconstruction algorithms are evaluated using simulated measurements and physical experiments. All these improvements and the proposed methods could increase the clinical potential of the current density and conductivity tensor imaging.
Benzer Tezler
- Improving current density recovery and flux density imaging in diffusion tensor magnetic resonance electrical impedance tomography applications
Difüzyon tensörü manyetik rezonans elektriksel empedans tomografisi uygulamalarında akım yoğunluğu geri kazanımı ile manyetik akı yoğunluğu görüntülemenin geliştirilmesi
BERK CAN AÇIKGÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEHÇET MURAT EYÜBOĞLU
- Skeletal muscle deformation analysis using diffusion tensor Magnetic Resonance imaging
İskelet kaslarında difüzyon tensör Manyetik Rezonans görüntüleri ile deformasyon analizi
PINAR AKYAZI
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ACAR
DOÇ. DR. CAN ALİ YÜCESOY
- Visualisation of the electrical activities of the heart in 3D
Başlık çevirisi yok
IHAB ABDALLA EL-AFF
Doktora
İngilizce
2009
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolThe University of SalfordPROF. TIM RITCHINGS
- Assessment of undersampling strategies for accelerated multi-shell diffusion MRI
Hızlandırılmıs ̧çoklu-kabuk difüzyon MRG için alt-örnekleme stratejilerinin değerlendirilmesi
ELİF AYGÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİNE ÜLKÜ SARITAŞ ÇUKUR
- Phase-correcting denoising for diffusion magnetic resonance imaging
Difüzyon manyetik rezonans görüntülemede faz düzeltmeli gürültü giderimi
SEVGİ GÖKÇE KAFALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Biyomühendislikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE ÜLKÜ SARITAŞ ÇUKUR