Многокомпонентное подавление сигналов нормальной ткани в магнитно-резонансной томографии (1103847)
Текст из файла
На правах рукописиБатова Светлана СергеевнаМНОГОКОМПОНЕНТНОЕ ПОДАВЛЕНИЕ СИГНАЛОВНОРМАЛЬНОЙ ТКАНИ В МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙТОМОГРАФИИ01.04.01 – приборы и методы экспериментальной физикиАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 20132Работа выполнена на кафедре фотоники и физики микроволн физическогофакультета федерального государственного бюджетного образовательногоучреждениявысшегопрофессиональногообразования“Московскийгосударственный университет имени М.В.Ломоносова”.Научный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорПирогов Юрий АндреевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наукКорженевский Александр Владимировичведущий научный сотрудник Институтарадиотехники и электроники имениВ.А.Котельникова РАНкандидат физико-математических наук, доцентВолков Борис Ивановичдоцент кафедры компьютерных методов физикифизического факультета МГУ имениМ.В.ЛомоносоваВедущая организация:НИИ "Международныйтомографический центр" СО РАНЗащита состоится 19 декабря 2013 года в 15 час.
30 мин. на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.66 при Московском государственномуниверситете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Россия, Москва,Ленинские горы, д.1, стр. 2, физический факультет МГУ, ауд. СФА.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке МГУ имениМ.В.Ломоносова.Автореферат разослан «18» ноября 2013 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д.501.001.66кандидат физико-математических наукИ.Н.Карташов3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыДанная работа посвящена решению актуальных проблем магнитнорезонансной томографии (МРТ) - повышению информативности исследования,сокращению его продолжительности, совершенствованию технических ипрограммных средств, необходимых для постановки экспериментов и обработкиданных. МРТ в настоящее время является весьма эффективным методоммедицинской диагностики благодаря возможности неинвазивным и безопаснымспособом получать высококонтрастные посрезовые изображения внутреннихорганов не только человека, но и других биологических объектов.
Метод основанна явлении ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Его специфика состоит в том,что в сканирующей импульсной последовательности (ИП) применяетсяпространственное кодирование ларморовых частот с помощью неоднородныхмагнитных полей. Математическая обработка сигналов ЯМР позволяет построитьизображение, отображающее распределение протонной плотности и другихпараметров, характеризующих исследуемый объект. Наибольшийинтереспредставляют весьма вариабельные релаксационные параметры (временапродольной T1 и поперечной T2 релаксации), поскольку контраст МРТизображения существенно зависит от того, как они соотносятся с параметрамисканирующей ИП.
В частности, задержкой между циклами сканирования (TR) изадержкой между импульсом радиочастотного (РЧ) поля и началом считываниясигнала (TE). Варьируя параметры ИП можно получить карты распределения T1 иT2. Однако это требует неприемлемо большого времени исследования. Поэтомуобычно ограничиваются анализом т.н.
T1- и T2-взвешенных изображений (ВИ),для получения которых в ИП задают, соответственно, TR<T1 и TR>>T1, TE<T2.По T1- и T2-ВИ диагност оценивает общее состояние анатомических структур и,определяет зону патологии или поражения. Диагностика последней требуетдополнительных режимов сканирования, позволяющих уточнить ее структуру.Эффективным направлением такой диагностики является использованиесканирующих ИП, в которых применяется подавление сигналов нормальнойткани. Это позволяет упростить картину тканевого контраста, расширитьдинамический диапазон приемника, и в результате устранить информационныйбалласт, улучшить визуализацию зоны поражения, упростить работу по созданиюдля нее объемного образа. Подавление тканей не обязательно должно бытьполным.
Интересные возможности возникают и при выравнивании контрастамежду двумя граничащими тканями.4Дополнительным направлением, способствующим уточнению структурызоны поражения, является математическая обработка данных - в частности,алгебраические операции с изображениями от разных режимов сканирования. Этонаправление особенно актуально в случае, когда измерения в дополнительныхрежимах сканирования по каким-либо причинам невозможны.Теоретической и практической разработке этих направлений посвященаданная работа. Особое внимание уделено реализации ИП, обеспечивающиходновременное подавление нескольких нормальных тканей, различающихся нетолько временами релаксации, но и химическим сдвигом. Для этого применялисьразличные модификации ИП, основанных на методике инверсия-восстановление,метод Диксона и их комбинации.
Помимо этого применялись алгебраическиеоперации с изображениями от разных режимов сканирования, что позволилополучатьдополнительнуюдиагностическуюинформацию.Такойкомбинированный подход ранее не применялся в практике МРТ как из-занедостаточной теоретической проработки, так и отсутствия программныхресурсов в стандартном обеспечении МР-томографов, необходимых дляреализации требуемых ИП. Ставилась задача не только преодолеть эти проблемы,но и провести апробацию развитых методов в реальных диагностическихисследованиях.В рамках концепции управления тканевым контрастом, в которойпредусматривается частичное подавление сигналов нормальной ткани, изучалисьтакже проблемы дифференциации тканей по концентрации макромолекул сиспользованием эффекта переноса намагниченности. Этот метод перспективен длядиагностики состояния белковых структур, хрящевой ткани и др.Основная цель работы состояла в том, чтобы реализовать комплексныйподход к решению задачи о многокомпонентном подавлении сигналов отнормальных тканей в МРТ.
Такой подход предусматривает проведение МРТсканирования с селекцией тканей по временам релаксации, химическому сдвигу,кросс-релаксационным параметрам, с одной стороны, и применениеалгебраических операций с МР-изображениями, с другой стороны.Для реализации вышеуказанного комплексного подхода были обозначеныследующие решаемые задачи:1.Модифицировать программное обеспечение серийного 0.5 Тл МРтомографа для реализации сканирующих ИП, обеспечивающих селекцию тканейне только по временам релаксации на основе метода инверсия-восстановление,включая двойную инверсию, но и по химическому сдвигу на основе методаДиксона;52.Разработать программное обеспечение для полного цикла обработкиданных МРТ - операций в К-пространстве, Фурье-преобразования, работы сизображениями и т.п., включая фазовую коррекцию изображений, необходимуюдля реализации метода Диксона;3.Провести теоретическое и экспериментальное рассмотрение задачи оподавлении фоновых сигналов нормальных тканей и выравнивании контрастамежду тканями с разными временами продольной релаксации;4.Провести теоретическое обоснование для алгебраических операций сМР-изображениями от разных режимов сканирования.
Разработать программноеобеспечение для применения этих операций с данными от серийного 0.5 Тл МРтомографа;5.Разработать методику измерения кросс-релаксационных параметровдля серийного 0.5 Тл МР-томографа;6.Провести обработку материалов базы данных МРТ-исследований дляанализа эволюционных изменений магнитного поля в изоцентре МР-томографа.Апробация развиваемых методов в рамках решаемых задач проводиласьпутем математического моделирования, а также постановкой МРТ-экспериментов,где использовались тестовые образцы (фантомы).
В качестве оборудования былиспользован 0.5 Тл томограф фирмы Bruker – Tomikon S50. Апробация методовпроводилась также в рамках медико-диагностических МРТ исследований вкооперации с НП НЦ «Современная диагностика»..Научная новизна работы1.Для обеспечения многокомпонентного подавления сигналовнормальных тканей предложено применять комбинацию метода «инверсиявосстановление» и метода Диксона. Программное обеспечение метода включаетобработку МР-изображений начиная от операций в K-пространстве и завершаяполучением магнитудных и фазовых изображний.2.Разработаны программы алгебраических преобразований МРТизображений, позволяющие посредством эмуляционных действий заменитьматематической обработкой дополнительные МРТ измерения или с помощьюалгебраических операций осуществить процедуры многокомпонентногоподавления сигналов, нереализуемые аппаратными средствами.3.Усовершенствован алгоритм коррекции базовой линии, реализованафункция коррекции K-пространства при наличии помех в процессе считываниясигнала.64.Разработана уточненная модель оценки степени пораженияпатологических тканей, основанная на явлении переноса намагниченности.
Расчеткарт Т1 производится по данным, в которых варьируется угол, а не параметр TR,что существенно ускоряет процесс измерения и позволяет получать одновременносерию срезов, а не одиночные срезы. Кроме того, вместо не вполне надежныхнормировочных измерений с большой частотой отстройки предложено ввести этунормировку в качестве дополнительного параметра в программу числовойобработки сигналов.5.С помощью программы поиска информации о ларморовой частотеконкретных исследований в составе многолетней базы МРТ измерений построенакривая эволюции магнитного поля томографа и определена величина остаточногосопротивления сверхпроводящего провода в намотке соленоида.Теоретическая и практическая значимостьТеоретическая значимость работы состоит в том, что в ней развитаметодика расчета параметров ИП, нацеленной на выравнивание контраста междутканями с разными временами продольной релаксации, а также величин МРсигналов, регистрируемых при реализации данной ИП.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
