Diffuusiotensorikuvaksesta (DTI) eräs pro gradu

Pro gradu -tutkielma ( Abstrakti ja  avainsanoja)
Fysikaalisten tieteiden koulutusohjelma
Diffuusiotensorikuvauksen optimointi
Viljami Sairanen 2013
Ohjaaja: FM Linda Kuusela
Tarkastajat:  Dos. Outi Sipila
Prof. Sauli Savolainen
HELSINGIN YLIOPISTO FYSIIKAN LAITOS
00014 Helsingin yliopisto
Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
Fysiikan laitos


Viljami Sairanen:   Diffuusiotensorikuvauksen optimointi
Fysiikka
Pro Gradu
8.11.2013

Magneettikuvaus, diffuusiotensori, kuvanlaadun optimointi, laadunvalvonta- Helsingin yliopisto

Diffuusiokuvantaminen perustuu magneettikuvauslaitteen avulla mitattuun vesimolekyylien satunnaiseen lämpöliikkeeseen. Pehmytkudoksessa vesimolekyyli diffundoituu noin 17 mikrometrin matkan  50  millisekunnin  aikana  ja  diffuusiokuvantaminen  on lämpöliikkeeseen  ainoa  kliininen kuvantamismenetelmä, joka  pystyy  rekisteroimään näin pientä liikettä ei -invasiivisesti.

Tutkimalla,  missä suunissa diffundoituminen on voimakasta, voidaan paikantaa esimerkiksi valkeasta aivoaineesta hermoratojen reittejä. Tämä edellyttää käytännössä vähintäin 20 diffuusiosuunnan kuvaamista, joiden pohjalta lasketaan diffuusion suuntaa ja suuruutta kuvaava diffuusiotensori kuva-alkiokohtaisesti.

Menetelmä edellyttää nopeaa kuvausaikaa, jotta fysiologiset virtaukset tai potilaan liike  eivät häiritse tasoltaan huomattavasti heikomman lämpöliikkeen rekisteröintiä. Nopea kuvaus puolestaan asettaa laiteteknisiä vaatimuksia gradienttikentille, joita ei anatomisessa T1- tai T2-painotetussa kuvantamisessa esiinny.
Gradienttikelojen on pystyttävä toimimaan äärirajoillansa koko kuvauksen ajan, jotta useat peräkkäiset rekisteröinnit eri diffuusiosuunnissa ovat mahdollisia.
 Optimoinnissa käyttäjä ei voi vaikuttaa laiteteknisiin ratkaisuihin, mutta kuvausparametrien variointi on mahdollista.

Edellytyksenä mielekkäälle optimoinnille on kuitenkin valita vertailtavat suureet, jodien perusteella voidaan sanoa, mitkä testatuista vaihtoehdoista paransivat kuvanlaatua.

Diffuusiotensorikuvantamiseen  (DTI)  on  ehdotettu  laadunvalvontaprotokollaa,  joka  huomioi  kuvausmenetelman  laitetekniset  haasteet.  Kyseinen  julkaisu  on  ainoa,  joka  ottaa  kantaa  useimpiin DTI:n ongelmakohtiin ja on siten luonteva lähtökohta DTI-optimoinnille. Julkaisun menetelmässä tutkittiin DTI-sekvenssin tuottamaa signaalikohinasuhdetta, kuvaussekvenssista ja indusoituvista pyörrevirroista johtuvia erilaisia geometrisia vääristymiä sekä diffuusiotensorista johdettuja FA- ja MD-arvoja.

Työn ensimmäisessä vaiheessa valittiin  kliiniseen  DTI-sekvenssiin  pohjautuva  referenssisekvenssi, jota  varioitiin  yksi  kuvausparametri  kerrallaan.  Muunnellut  parametrit  olivat  kaikuaika,  rinnakkaiskuvantamiskerroin,k-avaruuden keräyslaajuus, päämagneettikentän tasoitusalue sekä diffuusiopainotuskerroin eli b-arvo.

Varioituja sekvenssejä oli yhteensä 10, joiden pohjalta valittiin  kuvanlaatuun myönteisesti vaikuttaneet parametrit  työn toiseen vaiheeseen  missä referenssisekvenssiä varioitiin  usean  parametrin  suhteen.

Lopputuloksena  todettiin,   että  lyhin  mahdollinen  kaikuaika 55 ms ja suurin mahdollinen k-avaruuden kartoitusalueparametrin arvo 0,780 kasvattivat signaali-kohinasuhdetta 13 %.
Rinnakkaiskuvantamiskertoimen kasvattaminen kahdesta kahteen ja puoleen pienensi geometrisia vääristymiä kvalitatiivisessa arviossa, mutta heikensi signaalikohinasuhdetta referenssisekvenssiin  verrattuna suurimmillaan  vain
  5  %.  Päämagneettikentan  tasoitusalueen  valinnalla tai
b-arvon pienentamisellä tuhannesta kahdeksaansataan ei havaittu olevan merkittävää vaikutusta kuvanlaadulle fantomitutkimuksessa.

 Tulokset eivät  poikenneet teoreettisista ennusteista, mutta toisaalta laiteteknisistä rajoituksista johtuen optimointi ei voi perustua pelkästään
teoreettiseen arvioon oikeista parametrien arvoista. Työssä esitettyä menetelmää  on mahdollista jatkossa käyttää myös muiden diffuusiopainotettujen sekvenssien optimoinnissa.
.....

Tiedekunta/Osasto — Fakultet/Sektion — Faculty
Laitos — Institution — Department
Tekijä,
Avainsanat — Nyckelord — Keywords
Muita tietoja —
 ̈Övriga uppgifter — Additional information
HELSINGIN YLIOPISTO — HELSINGFORS UNIVERSITET — UNIVERSITY OF HELSINKI

Lyhenteet
ADC Näennäinen
diuusiovakio (ApparentDiusion Coecient)
ANOVA Varianssianalyysi (Analysis Of Variance)
BW Kaistanleveys (Band Width)
DTI
Diuusiotensorikuvantaminen
(Diusion Tensor Imaging )
DWI Diuusio-painotettu kuvantaminen (Diusion Weighted Imaging)
EPI Nopeakuvantamismenetelmä
(EchoPlanar Imaging )
FA Anisotropiaa kuvaava suure
( Fraqtional Anisotropy )
FID Viritystilan vapaan purkautumisen jännitesignaali
( Free Induction Decay)
FOV Kuva-ala
(Field Of View)
IQR
Kvartiiliväli
(Interquartile Range)
MD
Keskidiuntoituvuus
(Mean Diusivity)
MRI
Magneettikuvantaminen
(Magnetic ResonanceImaging)
NSA Keskiarvoistettujen signaalienlukumäärä
(Number of Signals Averaged)
PNS Pienin neliösumma
QA Laadunvarmistus
(Quality Assurance)
RF Radiotaajuus
(Radio Frequency)
ROI Mielenkiintoalue
( Region Of Interest)
SAR Ominaisabsorptionopeus
(Spesic Absorption Rate)
SE Spinkaiku
(Spin Echo)
SENSE Rinnakkaiskuvantamismenetelmä
(Sensitivity Encoding)
SNR Signaalikohinasuhde
(Signal-to-NoiseRatio)
T1 Pitkittäisen relaksaation kestoa kuvaava suure
T2 Poikittaisen relaksaation kestoa kuvaava suure
T2* Poikittainen relaksaatioaika, joka huomioi magneettikentän epähomogeenisyyden
TE Kaikuaika
( EchoTime)
TR Toistoaika
(Repeat Time)
Sisällysluettelo
1Johdanto
2Teoria
2.1
Magneettikuvantaminen
lyhyesti
. etc ...