Manyetik parçacık görüntüleme için sinyal-gürültü oranını eniyileyen görüntü geriçatım tekniği

Manyetik parçacık görüntüleme (MPG), süperparamanyetik demir oksit nanoparçacıklarının uzamsal dağılımını görüntüleyen yeni bir biyomedikal görüntüleme tekniğidir. MPG’de nanoparçacıkların zamana göre değişen mıknatıslanma tepkisine neden olan eksitasyon manyetik alanının genliği, sinir uyarım güvenlik sınırları tarafından kısıtlanmaktadır. Bu nedenle görüntülenmek istenen bölge ufak parçalara bölünür ve birbiriyle örtüşen kısmi görüş alanları şeklinde taranır. Eksitasyon alanının alıcı bobinde oluşturduğu doğrudan besleme sinyalinin bastırılması sürecinde, nanoparçacıkların da eksitasyon frekansındaki sinyali kaybolur. Bu kaybın telafisi için, istenen görüntünün sürekliliği ve pozitifliği kullanılarak örtüşen kısmi görüş alanları birleştirilir. Bu çalışmada sinyal-gürültü oranını (SGO) eniyileyecek şekilde kısmi görüş alanlarının birleştirilmesini sağlayan bir görüntü geriçatım tekniği sunulmaktadır. Buna göre her bir kısmi görüş alanı, konuma bağlı olarak değişen tarama hızının karesi ile ağırlıklandırılmalıdır. Farklı örtüşme yüzdeleri ve SGO değerlerinde gerçekleştirilen kapsamlı benzetimler ile önerilen yöntemin standart MPG geriçatım tekniklerinin neden olduğu dikey çizgi artefaktlarından kurtulmayı sağladığı ve görüntü kalitesini artırdığı gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Manyetik parçacık görüntüleme, görüntü geriçatımı, sinyal-gürültü oranı, süperparamanyetik demir oksit nanoparçacıkları, anjiyografi

PDF

___

1. Gleich B., Weizenecker J., Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles, Nature, 435 (7046), 1214–1217, 2005.
2. Saritas E.U., Goodwill P.W., Croft L.R., Konkle J.J., Lu K., Zheng B., Conolly S.M., Magnetic particle imaging (MPI) for NMR and MRI researchers, Journal of Magnetic Resonance, 229, 116–126, 2013.
3. Goodwill P.W., Saritas E.U., Croft L.R., Kim T.N., Krishnan K.M., Schaffer D.V., Conolly S.M., X-space MPI: magnetic nanoparticles for safe medical imaging, Advanced Materials, 24 (28), 3870–3877, 2012.
4. Weizenecker J., Gleich B., Rahmer J., Dahnke H., Borgert J., Three-dimensional real-time in vivomagnetic particle imaging, Physics in Medicine & Biology, 54 (5), L1–L10, 2009.
5. Lu K., Goodwill P.W., Saritas E.U., Zheng B., Conolly S.M., Linearity and shift invariance for quantitative magnetic particle imaging, IEEE Transactions on Medical Imaging, 32 (9), 1565–1575, 2013.
6. Zheng B., Vazin T., Goodwill P.W., Conway A., Verma A., Saritas E.U., Schaffer D., Conolly S.M., Magnetic Particle Imaging tracks the long-term fate of in vivo neural cell implants with high image contrast, Scientific Reports, 5, 14055, 2015.
7. Them K., Salamon J., Szwargulski P., Sequeira S., Kaul M.G., Lange C., Ittrich H., Knopp T., Increasing the sensitivity for stem cell monitoring in system-function based magnetic particle imaging, Physics in Medicine & Biology, 61 (9), 3279–3290, 2016.
8. Yu E.Y., Bishop M., Zheng B., Ferguson R.M., Khandhar A.P., Kemp S.J., Krishnan K.M., Goodwill P.W., Conolly S.M., Magnetic Particle Imaging: A Novel in Vivo Imaging Platform for Cancer Detection, Nano Letters, 17 (3), 1648–1654, 2017.
9. Rahmer J., Halkola A., Gleich B., Schmale I., Borgert J., First experimental evidence of the feasibility of multi-color magnetic particle imaging, Physics in Medicine & Biology, 60 (5), 1775–1791, 2015.
10. Utkur M., Muslu Y., Saritas E.U., Relaxation-based viscosity mapping for magnetic particle imaging, Physics in Medicine & Biology, 62 (9), 3422–3439, 2017.
11. Selvi E., Selver M.A., Kavur A.E., Güzeliş C., Dicle O., Segmentation of Abdominal Organs from MR Images Using Multi-level Hierarchical Classification, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 30 (3), 533–546, 2015.
12. Kaya H., Çavuşoğlu A., Çakmak H.B., Şen B., Delen D., Supporting the diagnosis process and processes after treatment by using image segmentation and image simulation techniques: Keratoconus example, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (3), 737–747, 2016.
13. Reilly J.P., Maximum pulsed electromagnetic field limits based on peripheral nerve stimulation: application to IEEE/ANSI C95.1 electromagnetic field standards, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 45 (1), 137–141, 1998.
14. Bottomley P.A., Edelstein W.A., Power deposition in whole-body NMR imaging, Medical Physics, 8 (4), 510–512, 1981.
15. Saritas E.U., Goodwill P.W., Zhang G.Z., Conolly, S.M., Magnetostimulation limits in magnetic particle imaging, IEEE Transactions on Medical Imaging, 32 (9), 1600–1610, 2013.
16. Saritas E.U., Goodwill P.W., Conolly S.M., Effects of pulse duration on magnetostimulation thresholds, Medical Physics, 42 (6), 3005–3012, 2015.
17. Demirel O.B., Saritas E.U., Effects of Duty Cycle on Magnetostimulation Thresholds in MPI, International Journal on Magnetic Particle Imaging, 3 (1), 1703010, 2017.
18. Goodwill P.W., Conolly S.M., The X-space formulation of the magnetic particle imaging process: 1-D signal, resolution, band width, SNR, SAR and magnetostimulation, IEEE Transactions on Medical Imaging, 29 (11), 1851–1859, 2010.
19. Goodwill P.W., Conolly S.M., Multidimensional X-Space Magnetic Particle Imaging, IEEE Transactions on Medical Imaging, 30 (9), 1581–1590, 2011.
20. Konkle J.J., Goodwill P.W., Saritas E.U., Zheng B., Lu K., Conolly S.M., Twenty-fold acceleration of 3D projection reconstruction MPI, Biomed Tech (Berl), 58 (6), 565–576, 2013.
21. Demirel O.B., Sarica D., Saritas E.U., Rapid Scanning in X-Space MPI: Impacts on Image Quality, International Workshop on Magnetic Particle Imaging, Lübeck-Almanya, 16-18 Mart 2016.
22. Ferguson R.M., Khandhar A.P., Kemp S.J., Arami H., Saritas E.U., Croft L.R., Konkle J., Goodwill P.W., Halkola A., Rahmer J., Borgert J., Conolly S.M., Krishnan K.M., Magnetic Particle Imaging with Tailored Iron Oxide Nanoparticle Tracers, IEEE Transactions on Medical Imaging, 34 (5), 1077–1084, 2015.
23. Croft L.R., Goodwill P.W., Conolly S.M., Relaxation in X-Space Magnetic Particle Imaging, IEEE Transactions on Medical Imaging, 31 (12), 2335–2342, 2012.
24. Croft L.R., Goodwill P.W., Konkle J.J., Arami H., Price D.A., Li A.X., Saritas E.U., Conolly S.M., Low drive field amplitude for improved image resolution in magnetic particle imaging, Medical Physics, 43 (1), 424–435, 2016.
25. Wang Z., Bovik A.C., Sheikh H.R., Simoncelli E.P., Image Quality Assessment: From Error Visibility to Structural Similarity, IEEE Transactions on Image Processing, 13 (4), 600–612, 2004.