WAVELET NOISE REDUCTION AND VASCULAR WATER TRANSPORT MODELLING : APPLICATIONS TO DIFFUSION AND PERFUSION MRI
Författare
Summary, in Swedish
Avbildning med hjälp av magnetresonans (MR) är en teknik som används i klinisk diagnostik för att upptäcka och karakterisera en rad sjukdomstillstånd. Metoden baseras på en kombination av statiskt magnetfält, magnetfältsgradienter och pulsade radiofrekventa elektromagnetiska fält i en magnetkamera för avbildning av form och struktur (morfologi) samt vissa funktioner hos olika organ i kroppen.
Diffusions- och perfusionsviktade MR-bilder kan tillhandahålla information utöver vad som återges i konventionella morfologiska MR-bilder. Diffusionsviktade bilder används för avbildning av vattenmolekylers termiska rörelse i vävnaden, och graden av rörelse ger information om underliggande vävnads- och cellstruktur. Tekniken kan därmed bidra till att avslöja en rad sjukdomar, t.ex. tumörer, vissa skelettsjukdomar samt sjukdomar i hjärnans blodkärl. Studier av kapillärt blodflöde (genomblödning, perfusion) är också av stor vikt för diagnostik av cerebrovaskulära sjukdomar, samt vid tumörsjukdomar där ökat blodflöde och förändrad mikrovaskulatur kan relatera till aggressivitetsgrad hos tumören. I detta avhandlingsarbete studeras en perfusionsmätningsteknik som kallas arteriell spinnmärkning (arterial spin labelling, ASL), som är en icke-invasiv MR-metodik för kvantifiering av cerebralt blodflöde. Fördelar med ASL-tekniken, liksom med diffusionsmätningarna, är bl.a. att varken joniserande strålning eller exogena kontrastmedel krävs för undersökningen. I samband med hjärninfarkter kan en kombination av de båda teknikerna bidra till att, i ett tidigt skede, upptäcka de områden i hjärnan som fortfarande kan räddas (den s.k. ischemiska penumbran) om rätt behandling sätts in i tid.
En av begränsningarna med båda de ovan nämnda teknikerna är systemets signal-till-brusförhållande (signal-to-noise ratio, SNR). Kvantifieringen av vissa diffusionsbaserade parametrar försvåras av det så kallade brusgolvet, som är ett systematiskt fel i MR bilderna i situationer där SNR är lågt. Kravet på god signal finns även i ASL-tekniken, som generellt lider av lågt signal-till-brusförhållande, och detta medför att ett stort antal medelvärderingar av signalinsamlingen ofta krävs, med relativt långa undersökningstider som följd.
I detta doktorsavhandlingsarbete presenteras en filtreringsmetod för att minska systemfelet (brusgolvet) i diffusionsviktade bilder samt för att minska antalet medelvärderingar för kvantitativa blodflödesmätningar med ASL-tekniken, inklusive analys av filtreringarnas effekter på bildkvaliteten.
Denna avhandling beskriver också en metod för mätning av vattnets passagetider i mikrovaskulaturen samt genom blod-hjärnbarriären. En anpassning av modellen till klinisk MR-utrusning presenteras, samt en ytterligare vidareutveckling av modellen som validerats i prekliniska experiment. Förhoppningen är att parametrar som beskriver vattnets transporttider, eventuellt i kombination med konventionella diffusions- och perfusionsparametrar, kan bidra till bättre förståelse för sjukdomar som påverkar blod-hjärnbarriären. Exempel på potentiella tillämpningar av intresse är Alzheimers sjukdom, inflammationer, tumörkarakterisering och stroke.
Diffusions- och perfusionsviktade MR-bilder kan tillhandahålla information utöver vad som återges i konventionella morfologiska MR-bilder. Diffusionsviktade bilder används för avbildning av vattenmolekylers termiska rörelse i vävnaden, och graden av rörelse ger information om underliggande vävnads- och cellstruktur. Tekniken kan därmed bidra till att avslöja en rad sjukdomar, t.ex. tumörer, vissa skelettsjukdomar samt sjukdomar i hjärnans blodkärl. Studier av kapillärt blodflöde (genomblödning, perfusion) är också av stor vikt för diagnostik av cerebrovaskulära sjukdomar, samt vid tumörsjukdomar där ökat blodflöde och förändrad mikrovaskulatur kan relatera till aggressivitetsgrad hos tumören. I detta avhandlingsarbete studeras en perfusionsmätningsteknik som kallas arteriell spinnmärkning (arterial spin labelling, ASL), som är en icke-invasiv MR-metodik för kvantifiering av cerebralt blodflöde. Fördelar med ASL-tekniken, liksom med diffusionsmätningarna, är bl.a. att varken joniserande strålning eller exogena kontrastmedel krävs för undersökningen. I samband med hjärninfarkter kan en kombination av de båda teknikerna bidra till att, i ett tidigt skede, upptäcka de områden i hjärnan som fortfarande kan räddas (den s.k. ischemiska penumbran) om rätt behandling sätts in i tid.
En av begränsningarna med båda de ovan nämnda teknikerna är systemets signal-till-brusförhållande (signal-to-noise ratio, SNR). Kvantifieringen av vissa diffusionsbaserade parametrar försvåras av det så kallade brusgolvet, som är ett systematiskt fel i MR bilderna i situationer där SNR är lågt. Kravet på god signal finns även i ASL-tekniken, som generellt lider av lågt signal-till-brusförhållande, och detta medför att ett stort antal medelvärderingar av signalinsamlingen ofta krävs, med relativt långa undersökningstider som följd.
I detta doktorsavhandlingsarbete presenteras en filtreringsmetod för att minska systemfelet (brusgolvet) i diffusionsviktade bilder samt för att minska antalet medelvärderingar för kvantitativa blodflödesmätningar med ASL-tekniken, inklusive analys av filtreringarnas effekter på bildkvaliteten.
Denna avhandling beskriver också en metod för mätning av vattnets passagetider i mikrovaskulaturen samt genom blod-hjärnbarriären. En anpassning av modellen till klinisk MR-utrusning presenteras, samt en ytterligare vidareutveckling av modellen som validerats i prekliniska experiment. Förhoppningen är att parametrar som beskriver vattnets transporttider, eventuellt i kombination med konventionella diffusions- och perfusionsparametrar, kan bidra till bättre förståelse för sjukdomar som påverkar blod-hjärnbarriären. Exempel på potentiella tillämpningar av intresse är Alzheimers sjukdom, inflammationer, tumörkarakterisering och stroke.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2018-11
Språk
Engelska
Fulltext
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Lund University
Ämne
- Radiology, Nuclear Medicine and Medical Imaging
Nyckelord
- cerebral blood flow
- perfusion
- diffusion
- arterial spin labelling
- wavelets
- filtering
- denoising
- blood-brain barrier
- permeability
- Fysicumarkivet A:2018:Bibic
Status
Published
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7753-891-2
- ISBN: 978-91-7753-890-5
Försvarsdatum
19 december 2018
Försvarstid
09:00
Försvarsplats
Lecture Hall F3, Centralblocket, Skånes universitetssjukhus, Lund
Opponent
- Anders Eklund (Professor)