عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی پروتکل تصویربرداری به روش تشدید مغناطیسی با استفاده از عامل کنتراست PARACEST
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق- مهندسی پزشکی - بیوالکتریک
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2970;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75482
- تاریخ دفاع
- ۰۴ مرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- محمدرضا رضائیان
- استاد راهنما
- حمید سلطانیان زاده, غلامعلی حسین زاده دهکردی
- چکیده
- تصویربرداری به روش تشدید مغناطیسی با اندازه گیری غیرتهاجمی برخی از شاخصه ها و علائم فیزیولوژی امکان مطالعه وضعیت مولکول ها و ردیابی آن ها که نحوه پیدایش بیماری را در مراحل ابتدایی نمایان می کند را ممکن می سازد. امروزه روش انتقال اشباع مبتنی بر تبادل شیمیایی قابل پیاده سازی بر روی اسکنرهای تشدید مغناطیسی به عنوان یک کنتراست مناسب نسبت به سایر کنتراست های مرسوم در زمینه های اسپکتروسکوپی شناخته می شود. با طراحی پروتکل تصویربرداری مناسب امکان کنترل و دستیابی به بهترین کیفیت در عین استفاده از کمترین غلظت عامل کنتراست فراهم می گردد. بعلت فقدان یک رابطه تحلیلی دقیق از این کنتراست، تاکنون طراحی پروتکل تصویربرداری از طریق مطالعات تجربی صورت می گرفت. در این رساله طراحی پالس RF از طریق بهینه سازی این کنتراست و در قالب یک تابع تحلیلی دقیق بسته (تابع هدف) انجام شد. این تابع علاوه بر ارائه توصیف کمی کنتراست CEST و ارائه رابطه روشن و صریح از پارامترهای پالس RF، دو عامل مزاحم ناشی از اثر اشباع مستقیم آب و اثر MT را بطور دقیق حذف می نماید. بر این اساس با بهینه سازی تابع هدف پیشنهادی، امکان تعیین همزمان دامنه و عرض پالسRF مستطیلی بهینه ایی برای اولین بار در این رساله ارائه شده است. علاوه بر آن، این رساله وجود پارامترهای قابل بهینه سازی در سایر پالسهای RF با پوش وابسته به زمان مانند واریانس در پالس های گوسی را، نشان می دهد. کلیه نتایج این بررسی هم در یک محیط مشابه با بدن انسان (با استفاده از داده های تجربی، با احتساب اثر ماکرومولکول ها) و هم با داده های پارامتری معتبر متعدد در سیستم های دو و سه حوضچه ای ارزیابی شده اند. نتایج برازش مدل پیشنهادی بر اساس روش مدل ترکیبی گوسی بر روی طیف Z واقعی اندازه گیری شده توسط اسکنر واریان 4/9 تسلا، خطای نسبی حدود یک درصد را نشان می دهد. واژه‌های کلیدی: تصویربرداری به روش تشدید مغناطیسی، انتقال اشباع به روش تبادل شیمیایی، معادلات بلاخ-مک کانل، تحلیل و مدلسازی طیف Z، پالس RF
- Abstract
- Today, non-invasive approaches for disease detection has been taken into serious consideration by several researchers due to fast diagnoses and reduced economic costs of these methods. Checking states and activities of molecules and tracking them at small scales by molecular imaging can lead to the early detection in primary stages of disease. Molecular imaging by magnetic resonance that is useful in different medical imaging aspects such as anatomical, functional and spectroscopy, facilitates measuring physiologic indexes and parameters such as temperature, pH, Glucose, etc. The chemical exchange saturation transfer (CEST) method has been recently proposed as a new and useful approach for molecular imaging and spectroscopy study. This method can be implemented on magnetic resonance scanners. By designing an appropriate imaging protocol, it will be possible to investigate and reach the best quality by using the minimum concentration of contrast agent. Due to the lack of accurate analytical equation of CEST contrast, current imaging protocols are designed through empirical definitions. In this thesis, designing RF pulse is done by optimizing CEST contrast through an objective function in a closed accurate analytical format. Through this function we choose the best set of RF pulse parameters in order to discard two undesired factors, i.e. direct water saturation and macromolecule effects accurately. For the first time, the amplitude and width of rectangular RF pulse are simultaneously determined through an optimizing on the proposed objective function. In addition, this thesis presents a new approach for optimizing various parameters of time-variant RF pulses, such as variance in the Gaussian RF pulse. All Results are validated by using available experimental and various simulated valid data in two and three-pool systems. To verify the accuracy of the proposed model, it is compared with other valid definitions (objective functions) of which the accuracy has been proven through experimental studies (similar to human body). The results show that the relative sum of squared error is almost one percent when the proposed model of Z-spectra based on Gaussian mixture is fitted on real data that measured by 9.4 tesla Varian scanner. Keywords: Magnetic Resonance imaging, Chemical exchange saturation transfer, Bloch-McConnell equation, Z-spectra modeling, RF pulse.
