Remote sensing, tracking and imaging inside MRI systems
MRI sistemlerinde uzaktan algılama, izleme ve görüntüleme
- Tez No: 771770
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN SİTTİ, PROF. DR. HAVVA YAĞCI ACAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Bioengineering, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Teşhis ve tedavi amaçlı kullanımlara ek olarak, klinik manyetik rezonans görüntüleme (MRI) sistemleri girişimsel prosedürler için de kullanılır. Fakat, artan spesifik absorpsiyon oranı (SAR) ve doku aşırı ısınması ile ilişkili güvenlik riskleri, sürekli gözlemlenmeli ve bu tür prosedürler sırasında kontrol edilmelidir. Bu tezde, gerçek zamanlı MRI girişimsel operasyonlar sırasında yerinde sıcaklık değişikliklerinin görsel bir göstergesi olarak hizmet etmek üzere uzaktan sıcaklık algılama yeteneğine sahip, bir radyo frekansı (RF) sensörünü sunuyoruz. Elektriksel geçirgenliğin sıcaklık bağımlılığını ayar mekanizması olarak kullanan yeni bir sensör tasarımı öneriyoruz. 7 Tesla (7T) klinik öncesi MRI kullanarak, tıbbı olarak önemli 36-42°C sıcaklık aralığında ex vivo fizibilite ve uzaktan sıcaklık algılama yeteneklerini gösteriyoruz. Sensörün minyatür tasarımı hem ucuna yerleştirildiği kateteri izleme hem de sıcaklık algılama için kullanılmasına izin verir. RF sensörü, MR görüntülerinde sensör üzerinde yoğun sinyal sağlayan 7T MRI (298 MHz) rezonans frekansına ayarlı şekilde ayarlanmıştır. Bu nedenle, kateter gibi belirli bir girişimsel tıbbi cihazın yönlendirilmesi sırasında üç boyutlu konum takibi için kullanılabilir. Sıcaklık arttıkça, elektriksel geçirgenlikteki değişiklik nedeniyle sensörün rezonansı kayar, MR görüntüsünde yoğun sinyal kaybolur ve sonradan işlemeye gerek kalmadan gerçek zamanlı olarak sıcaklık değişiminin doğrudan görsel göstergesi olarak işlev görür. Bu teknik yaygın olarak kullanılan MR görüntüleme dizilerine dayandığından, elde edilen görüntü hem cihaz lokalizasyonu hem de sıcaklık ölçümü için kullanılabilir. 0.6°C doğruluk, 36°C ile 42°C arasındaki fizyolojik aralıkta elde edilir. Bu tür RF sensörü, potansiyel yerel doku ısınma durumlarına karşın gelecekteki MRI girişimsel prosedürlerinde daha güvenli operasyonlar sağlayabilir. MR aynı zamanda sıklıkla kullanılan bir tıbbi tanı aracıdır ve genellikle gelişmiş hassasiyet ve seçicilik için bir kontrast maddesi kullanır. Süperparamanyetik demir oksit nanoparçacıkları (SPION), literatürde güçlü MR kontrast maddesi olarak gösterilmiştir, ancak genellikle koyu (T2) kontrastlıdırlar. Ancak klinikte radyologlar tarafından parlak kontrast (T1 kontrast ajanı) tercih edilir, fakat elde edilmesi zordur. Burada, 7 Tesla MRI'da poliakrilik asit kaplı süperparamanyetik demir oksit nanoparçacıklarının (SPION-PAA) T1 kontrast üretimini gösteriyoruz. T1 kontrastının, ex vivo fare deneylerinde de elde edilebildiği gösterilmiştir. SPION'un UV veya görünür ışık ile etkileşimi, fotopolimerizayon ile hem MR kontrastı hem de MR robotiği alanında kullanılabilecek SPION-polimer nanokompozitleri üretmek için çok ilgi çeken bir yönüdür. Küçük boyutlu ve yüksek kararlılığa sahip SPION kullanılması, biyolojik uygulamalarda istenmeyen bir başlatıcı ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu çalışmada, SPION-PAA'nın vinil monomerlerin fotopolimerizayonda başlatıcı olarak da kullanılabileceğini gösterdik. En yüksek ve en hızlı polimerleşme koşullarını sağlayan parametreleri bulmak için DSC deneyleri yapıldı. Ayrıca, sentezlenen SPION/polimer hibritleri/jeller, değişken manyetik alan altında hipertermi için etkili araçlar olarak gösterildi.
Özet (Çeviri)
In addition to diagnostic and therapeutic uses, clinical magnetic resonance imaging (MRI) systems have also been used for interventional procedures. However, safety risks associated with increased specific absorption rate and tissue overheating should be measured in-situ and controlled during such procedures. Here, we introduce a self- resonating radio frequency (RF) sensor capable of remote temperature sensing to serve as a visual indicator of in-situ temperature changes during real-time MRI interventional operations. We propose a new sensor design that uses dielectric properties as the tuning mechanism for the sensor resonant frequency and the temperature dependence of permittivity. Using a 7 Tesla (7T) preclinical MRI, we demonstrate ex vivo feasibility and remote temperature sensing capabilities in the clinically relevant temperature range of 36- 42°C. The miniature design of the sensor allows its placement on the tip of a catheter, where it can be used for both catheter tracking and temperature sensing. The RF sensor is tuned to match the resonant frequency of 7T MRI (298 MHz), enabling a hyperintense signal on the sensor in the MR images. Hence, it can be used for three-dimensional position tracking during the steering of a given interventional medical device, such as a catheter. As temperature increases, the sensor detunes due to the change in the relative permittivity, and the hyperintense signal disappears in the MR image, serving as a direct visual indicator of the temperature change in real-time without a need for post-processing. Since this technique is based on common MR imaging sequences, the same image can be used for both device localization and temperature measurement. 0.6°C accuracy is achieved in the physiological range between 36°C and 42°C. Such RF sensors could provide safer operations in future MRI interventional procedures with potential local increased temperatures. MRI is also a heavily utilized medical diagnostic tool that usually employs a contrast agent for enhanced image sensitivity and selectivity. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) have been shown as strong MRI contrast agents in the literature but usually with a dark (T2) contrast. However, bright contrast (T1 contrast agent) is preferred by the radiologists in the clinic, yet difficult to achieve. Here, we show T1 contrast generation of polyacrylic acid-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION-PAA) in our 7 Tesla MRI. We showed that such T1 contrast is achievable in ex vivo mouse experiments, as well. Interaction of SPION with UV or visible light is also an exciting phenomenon that may be exploited in photopolymerization to produce polymer/SPION nanocomposites for both enhancing MRI imaging contrast and 3D printing small-scale MRI robots. Using biocompatible SPIONs of nanoscale size and high stability eliminates the need for an initiator that might be undesirable in biological applications. We show that SPION-PAA can also be used as an initiator in the photopolymerization of vinyl monomers. Differential scanning calorimeter experiments were conducted to find optimal parameters for the highest and fastest conversion conditions. Furthermore, synthesized SPION/polymer hybrids/gels were demonstrated as efficient sensitizers for hyperthermia in an alternating magnetic field.
Benzer Tezler
- Derin öğrenme ile süper çözünürlüklü radar görüntüleme
Super resolution radar imaging with deep learning
İREM FADİME ERİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik-Haberleşme Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IŞIN ERER
- Unifying remote sensing and web GIS infrastructure design and implementation of weighted overlay analysis on vegetation indices
Uzaktan algılama ve web CBS altyapı tasarımının birleştirilmesi ve bitki örtüsü üzerinde çok katmanlı ağırlıklı çakıştırma analizinin uygulanması
BARKIN KOCAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiCoğrafi Bilgi Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA TEVFİK ÖZLÜDEMİR
- Değişken rezolüzyonlu görüntü örnekleyici
Multi resolution image sampler
RIZA CAN TARCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. M. SAİT TÜRKÖZ
- Çok geniş bantlı radar ile gizlenmiş hedef tespit ve takibi için görüntüleme algoritmalarının geliştirilmesi
Development of imaging algorithms for detecting and tracking of concealed target by ultra-wide band radar
MELEK ORHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SERDAR TÜRK
- 122 GHz SiGe BiCMOS high resolution FMCW RADAR front-end for remote sensing applications
Kısa mesafe RADAR uygulamaları için yüksek çözünürlüklü 122 GHz SiGe BiCMOS FMCW RADAR ̈ön uç devresi
IŞIK BERKE GÜNGÖR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiPROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ