Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Artificial intelligence-powered pulse sequences in nuclear magnetic resonance and magnetic resonance imaging: historical trends, current innovations and perspectives

Tokarz Paweł

Scientiae Radices

|

2024

|

Vol. 3, Iss. 1

30--52

EN

This review article explores the historical background and recent advances in the application of artificial intelligence (AI) in the development of radiofrequency pulses and pulse sequences in nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) and imaging (MRI). The introduction of AI into this field, which traces back to the late 1970s, has recently witnessed remarkable progress, leading to the design of specialized frameworks and software solutions such as DeepRF, MRzero, and GENETICS-AI. Through an analysis of literature and case studies, this review tracks the transformation of AI-driven pulse design from initial proof-of-concept studies to comprehensive scientific programs, shedding light on the potential implications for the broader NMR and MRI communities. The fusion of artificial intelligence and magnetic resonance pulse design stands as a promising frontier in spectroscopy and imaging, offering innovative enhancements in data acquisition, analysis, and interpretation across diverse scientific domains.

2

Varying coefficients in parallel shared-memory variational splitting solvers for non-stationary Maxwell equations

Łoś Marcin, Woźniak Maciej, Paszyński Maciej

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2024

|

Vol. 72, nr 3

art. no. e149179

EN

Direction-splitting implicit solvers employ the regular structure of the computational domain augmented with the splitting of the partial differential operator to deliver linear computational cost solvers for time-dependent simulations. The finite difference community originally employed this method to deliver fast solvers for PDE-based formulations. Later, this method was generalized into so-called variational splitting. The tensor product structure of basis functions over regular computational meshes allows us to employ the Kronecker product structure of the matrix and obtain linear computational cost factorization for finite element method simulations. These solvers are traditionally used for fast simulations over the structures preserving the tensor product regularity. Their applications are limited to regular problems and regular model parameters. This paper presents a generalization of the method to deal with non-regular material data in the variational splitting method. Namely, we can vary the material data with test functions to obtain a linear computational cost solver over a tensor product grid with non-regular material data. Furthermore, as described by the Maxwell equations, we show how to incorporate this method into finite element method simulations of non-stationary electromagnetic wave propagation over the human head with material data based on the three-dimensional MRI scan.

3

Wrodzone zaburzenia struktury ciała modzelowatego w obrazie rezonansu magnetycznego

Klęba Joanna, Stopa Joanna, Guz Wiesław

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2023

|

Vol. 12, nr 1

79--85

PL

Ciało modzelowate jest największą strukturą spoidłową mózgu. Rozwój ciała modzelowatego w okresie płodowym przebiega intensywnie pomiędzy 8-20 tygodniem ciąży. Po narodzinach następuje równolegle rozwój kory mózgowej oraz mielinizacja aksonów przebiegających przez ciało modzelowate, a zwiększanie objętości ciała modzelowatego postępuje aż do okresu dorosłości. Zaburzenie procesu kształtowania może prowadzić do całkowitej lub częściowej agenezji ciała modzelowatego. Zaburzenia struktury ciała modzelowatego mogą być następstwem zaburzeń rozwojowych, dysplazji neuroektomezodermalnej (fakomatozy), zaburzeń neurometabolicznych, chorób demielinizacyjnych, infekcji i zapalenia, zmian naczyniowych, nowotworów, uszkodzeń pourazowych, jak i jatrogennych. Wczesnej oceny struktury ciała modzelowatego można dokonać nieinwazyjnie przy użyciu USG prenatalnego. Po narodzinach zaburzenia ciała modzelowatego mogą ujawnić się w USG przezciemiączkowym, tomografii komputerowej (TK) głowy oraz badaniu metodą rezonansu magnetycznego (MR). Jednak to MR jest zalecaną metodą do dokładnej oceny ciała modzelowatego. W pracy przedstawiono obrazy MR przypadków agenezji i dysgenezji ciała modzelowatego, jak również zaburzenia struktury ciała modzelowatego w przebiegu NF1, zespołu Sturge-Webera, adrenoleukodystrofii (X-ALD), stwardnienia rozsianego, ADEM, zespołu Marchiafavy-Bignamiego, boreliozy z Lyme, podostrego stwardniającego zapalenia opon mózgowych (SSPE), zmian niedokrwiennych, malformacji tętniczo-żylnej, glejaka wielopostaciowego, glejakowatości mózgu, chłoniaka mózgu, guzów przerzutowych, rozlanego uszkodzenia aksonalnego (DAI), poszerzenia przestrzeni Virchowa-Robina oraz w przejściowym obrzęku.

EN

The corpus callosum is the largest commissural structure of the brain. The development of the corpus callosum in the fetal period proceeds intensively between the 8th and 20th week of pregnancy. After birth, there is parallel development of the cerebral cortex and myelination of the axons running through the corpus callosum, and the increase in the volume of the corpus callosum continues into adulthood. Disruption of the shaping process can lead to complete or partial agenesis of the corpus callosum. Disturbances in the structure of the corpus callosum may result from developmental disorders, neuroectomesodermal dysplasia (phacomatosis), neurometabolic disorders, demyelinating diseases, infections and inflammation, vascular changes, neoplasms, post-traumatic and iatrogenic injuries. Early assessment of the structure of the corpus callosum can be done non-invasively using prenatal ultrasound. After birth, abnormalities of the corpus callosum may be revealed by transfontanelle ultrasound, computed tomography (CT) scan of the head, and magnetic resonance imaging (MRI). However, it is MRI that is the recommended method for accurate evaluation of the corpus callosum. The paper presents MR images of cases of agenesis and dysgenesis of the corpus callosum, as well as disorders of the structure of the corpus callosum in the course of NF1, Sturge-Weber syndrome, adrenoleukodystrophy (X-ALD), multiple sclerosis, ADEM, Marchiafava-Bignami syndrome, Lyme borreliosis, subacute sclerosing meningitis (SSPE), ischemic lesions, arteriovenous malformation, glioblastoma multiforme, cerebral glioma, cerebral lymphoma, metastatic tumors, diffuse axonal injury (DAI), dilation of the Virchow-Robin space, and transient edema.

4

Związki kompleksowe na bazie Gd(III), W(IV), Mn(II), Eu(III) i 99mTc wykorzystywane w diagnostyce medycznej

Pobłocki Kacper, Drzeżdżon Joanna, Jacewicz Dagmara Elżbieta

Wiadomości Chemiczne

|

2022

|

[Z] 76, 9-10

803--823

EN

Recently, hospitals have undergone major changes. Minimally invasive surgery is becoming more common, and numerous innovations are emerging, such as interventional radiology (IVR) and hybrid surgery. In order to keep pace with changes in this extremely dynamic field, scientist keep working on the development of imaging technology and the improvement of image display devices and new compounds acting as contrast agent (CA). In medicine, metals are used for diagnostic and therapeutic purposes. Inorganic elements are increasingly used as contrast agents in medical imaging due to their unique physicochemical properties. In this review, we would like to focus on the latest literature reports that contain information on Gd(III), W(IV), Mn(II), Eu(III) and 99mTc used in medical diagnostics.

5

Mixup (sample pairing) can improve the performance of deep segmentation networks

Isaksson Lars J., Summers Paul, Raimondi Sara, Gandini Sara, Bhalerao Abhir, Marvaso Giulia, Petralia Giuseppe, Pepa Matteo, Jereczek-Fossa Barbara A.

Journal of Artificial Intelligence and Soft Computing Research

|

2022

|

Vol. 12, No. 1

29--39

EN

Researchers address the generalization problem of deep image processing networks mainly through extensive use of data augmentation techniques such as random flips, rotations, and deformations. A data augmentation technique called mixup, which constructs virtual training samples from convex combinations of inputs, was recently proposed for deep classification networks. The algorithm contributed to increased performance on classification in a variety of datasets, but so far has not been evaluated for image segmentation tasks. In this paper, we tested whether the mixup algorithm can improve the generalization performance of deep segmentation networks for medical image data. We trained a standard U-net architecture to segment the prostate in 100 T2-weighted 3D magnetic resonance images from prostate cancer patients, and compared the results with and without mixup in terms of Dice similarity coefficient and mean surface distance from a reference segmentation made by an experienced radiologist. Our results suggest that mixup offers a statistically significant boost in performance compared to non-mixup training, leading to up to 1.9% increase in Dice and a 10.9% decrease in surface distance. The mixup algorithm may thus offer an important aid for medical image segmentation applications, which are typically limited by severe data scarcity.

6

Zalecenia i wskazówki dotyczące postępowania z pacjentami z COVID-19 w pracowni MRI

Nowak Bartłomiej

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2021

|

Vol. 10, nr 2

159--162

PL

W czasie panującej pandemii zakłady radiologii opracowały standardy i zalecenia postępowania z chorymi na COVID-19 m.in. w pracowniach RTG i TK. Organizacja pracy i badania MR w dobie pandemii są niezwykle trudnym zadaniem dla personelu zakładów diagnostyki obrazowej. American College of Radiology oraz Polskie Lekarskie Towarzystwo Radiologiczne w przypadku pacjentów z aktywną infekcją COVID-19 i osób podejrzanych zaleca zminimalizowanie wykonywania badań MR, chyba że jest to absolutnie konieczne w ich diagnostyce. Ponadto dezynfekcja oraz dekontaminacja pomieszczeń oraz skanera MR jest niezwykle trudna oraz może stwarzać dodatkowe r yzyko zakażenia zarówno dla innych pacjentów, jak i personelu pracowni. Na podstawie dostępnych publikacji oraz doświadczenia z własnego ośrodka poniżej skonstruowano wskazówki dla personelu dotyczące postępowania z pacjentem z potwierdzonym wynikiem COVID-19 w pracowniach MR.

EN

During the prevailing pandemic, radiology departments have developed standards and recommendations for the management of COVID-19 patients, for example, in X-ray and CT departments. Organising workflow and MR examinations in the era of the pandemic is an extremely difficult task for staff in diagnostic imaging departments. The American College of Radiology and the Polish Medical Society of Radiology in the case of patients with active COVID-19 infection and suspected cases recommend minimizing MR examination unless absolutely necessary for their diagnosis. In addition, disinfection and decontamination of the room and MR scanner is extremely difficult and may pose an additional risk of infection to other patients and laboratory staff. Based on the available publications and on the experience of our own centre, the following guidelines for staff on the management of patients with a confirmed COVID-19 result in MR labs have been constructed.

7

Wybrane aspekty mające istotny wpływ na dokładność określania czasu relaksacji podłużnej T1 w systemie MR

Truszkiewicz Adrian, Aebisher David, Bartusik-Aebisher Dorota

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2021

|

Vol. 10, nr 5

373--377

PL

Każde ciało lub zjawisko można scharakteryzować pewną skończoną liczbą wielkości, które to je opisują. Ich poznanie będące wynikiem doświadczeń i obserwacji pozwala nam wnioskować zarówno o nim samym, jak również o jego wpływie na otoczenie lub też konsekwencji dla niego, jakie wypływają z otoczenia. Wyniki tych obserwacji i doświadczeń przyjmują bardzo często wyniki liczbowe, rzadziej są to wartości opisowe, ale wszystkie je można określić wspólnym mianem pomiarów. Nauka zajmująca się pomiarami to metrologia, a ona sama ze względu na swoje cechy jest podstawą wszystkich dyscyplin opartych na doświadczeniu. Obiektywność, jednoznaczność, ilościowa prezentacja uzyskanych wyników i – co chyba najważniejsze – możliwość szacowania niepewności wyniku pomiaru powodują, iż metrologia pozostaje w ścisłym związku z postępem technologicznym. Niniejsza praca będzie traktować o aspektach metodologicznych związanych z pomiarami czasów relaksacji w systemach rezonansu magnetycznego (MR). Samo zjawisko MR jest szeroko poznanym i opisanym. W dzisiejszej dobie zajmuje ono podstawowe miejsce w wielu dziedzinach nauk biologiczno-chemicznych. Jednakże największe usługi zdaje się ono oddawać na polu medycyny. Mnogość sekwencji, coraz to nowsze metody analizy odbieranego z cewek sygnału pozwalają na obrazowanie ludzkiego ciała, jak również wgląd w jego zmiany na poziomie komórkowym.

EN

Everybody or phenomenon can be characterized by a certain number of quantities that describe it. Their cognition as a result of experiences and observations allows us to infer both about himself and about his influence on the environment or the consequences for him that result from the environment. The results of these observations and experiments very often take numerical results, less often they are descriptive values, but all of them can be described together as measurements. The science dealing with measurement is metrology, and it is the basis of all experiential disciplines because of its characteristics. Objectivity, unambiguity, quantitative presentation of the obtained results and, perhaps most importantly, the possibility of estimating the uncertainty of the measurement result make metrology closely related to technological progress. This paper will discuss the methodological aspects influencing metrological aspects which are closely related to the measurements of relaxation times in magnetic resonance imaging (MR) systems. These aspects are the influence of the temperature difference between the in vivo and in vitro studies and the choice of sequence parameters and in particular the TR repetition time on the T1 time score. The MR phenomenon itself is widely known and described. Today it occupies a fundamental place in many fields of biological and chemical sciences. However, it seems to provide the greatest service in the field of medicine. The multitude of sequences, newer and newer methods of analyzing the signal received from the coils allow for the imaging of the human body as well as the insight into its changes at the cellular level.

8

Wpływ szumu i jakości sygnału na pomiar czasu relaksacji podłużnej T1

Truszkiewicz Adrian, Aebisher David, Bartusik-Aebisher Dorota

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2021

|

Vol. 10, nr 3

205--209

PL

Rezonans magnetyczny należy do najbardziej dynamicznie rozwijających się modalności w diagnostyce obrazowej. Nowe sekwencje, jak i nowe algorytmy rekonstrukcji danych znacznie zmieniają tę diagnostykę, dając jej nowe możliwości. Mimo iż MR pozwala na uzyskanie odpowiedzi na znakomitą większość pytań stawianych dzisiejszej diagnostyce, nie jest wolny od wad i artefaktów. Niniejsza praca skupia się na wpływie szumu i jakości sygnału na wyniki określania czasu relaksacji podłużnej. Zakłócenia są nieodłącznym czynnikiem występującym w każdej metodzie pomiarowej. Ich wpływ nierzadko potrafi postawić pod znakiem zapytania uzyskane wyniki. Pomijanie czynnika, jakim jest szeroko pojęte zjawisko szumu, powoduje narażenie eksperymentu badawczego na niepowodzenie lub też na poważne błędy. Z punktu widzenia prowadzenia pomiarów rezonans magnetyczny jest bardzo skomplikowanym i podatnym systemem pomiarowym na występowanie różnorakich czynników zakłócających. Począwszy od niemożliwych do redukcji czynników związanych z konstrukcją aż po czynniki wynikłe ze stosowanych przez technika lub lekarza protokołów i sekwencji wszystkie one wpływają na uzyskany obraz. W pracy skupiono się na jednym z wielu czynników, jakim są zakłócenia, które mają swoje podłoże zarówno w samej metodzie, sprzęcie, jak również w protokołach badawczych. Analizowano wpływ jakości sygnału w kontekście stosunku s ygnał–szum (SNR), opierając się na dedykowanym fantomie.

EN

Magnetic resonance imaging is one of the most dynamically developing modalities in diagnostic imaging. New sequences as well as new data reconstruction algorithms significantly change this diagnostic, giving it new possibilities. Although MR allows you to get answers to the vast majority of questions posed in today’s diagnostics, it is not free from defects and artifacts. This paper focuses on the effect of noise and signal quality on the results of determining the longitudinal relaxation time. Noise is an inherent factor in any measurement method. Their influence can often call into question the obtained results. The omission of the factor which is the broadly understood noise phenomenon exposes the research experiment to failure or serious errors. From the point of view of conducting measurements, MRI is a very complicated and susceptible measurement system to the occurrence of various disturbing factors. From the non-reducible factors related to the design to the factors resulting from the protocols and sequences used by the technician or physician, they all influence the obtained image. The work focuses on one of the many factors, which are disturbances, which have their basis both in the method itself, in the equipment as well as in research protocols. The effect of signal quality in the context of the signal-to-noise ratio (SNR) was analyzed based on a dedicated phantom.

9

Hyperpolarized 13C tracers: Technical advancements and perspectives for clinical applications

Fiedorowicz Michal, Wieteska Michal, Rylewicz Katarzyna, Kossowski Bartosz, Piątkowska-Janko Ewa, Czarnecka Anna M., Toczylowska Beata, Bogorodzki Piotr

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2021

|

Vol. 41, no. 4

1466--1485

EN

Hyperpolarized 13C tracers offer a radiation-free option for metabolic imaging. Signal enhancement of an order of several thousand times with the dynamic nuclear polarization (DNP) technique allows the detection of these tracers and their immediate metabolites in living organisms with MRI/MRSI (magnetic resonance imaging/magnetic resonance spectroscopy imaging) methods in real time and with high temporal resolution. The initial ‘target’ application for DNP hyperpolarized tracers was prostate cancer, a condition that could hardly be diagnosed with the FDG PET. However, several Phase 2 clinical trials currently involve not only patients with prostate cancer but also pancreatic cancer, amyotrophic lateral sclerosis, transient ischemic attack, glioblastoma multiforme, mycosis fungiodes (skin cancer), and chronic heart failure. A large number of trials that started in the last three years indicate that there could be a potential for the application of hyperpolarized 13C labeled pyruvate in the diagnosis of several conditions other than prostate cancer. One limitation for the hyperpolarized 13C-labelled tracers is their relatively short half-life. In this review, we discuss several emerging strategies for increasing tracer’s lifetime that could allow either their transportation between facilities or improve the signal-to-noise ratio in the final acquisition. We also discuss some promising diagnostic applications.

10

Składowe ośrodka jako czynnik zakłócający wynik pomiaru czasu relaksacji T1

Truszkiewicz Adrian, Aebisher David, Bartusik-Aebisher Dorota

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2020

|

Vol. 9, nr 6

391--395

PL

Niniejsza praca ukazuje jedno z wybranych źródeł błędów, jakie znacznie powiększają niepewność wyniku określania czasu T1. Autorzy skupili się na wpływie ośrodka, w którym znajduje się badany obszar, na wartość czasu relaksacji. Pokazano na przykładzie fantomu, jak może się zmieniać wartość mierzonego parametru w zależności od właściwości składowych ośrodka. Założeniem każdej tomografii pozwalającej na obrazowanie dowolnych obiektów ze skończoną rozdzielczością przestrzenną jest to, iż piksel na całej swej powierzchni ma jednakową gęstość czy też skład chemiczny. W znakomitej większości przypadków jest to daleko posunięte uproszczenie, które pominięte w czasie analizy może doprowadzić do bardzo poważnych błędów interpretacji wyników prowadzonej diagnostyki czy też bardziej ogólnie badań.

EN

This paper shows one of the selected sources of errors that significantly increase the uncertainty of the result of determining the time T1. The authors focused on the influence of the center in which the studied area is located on the value of the relaxation time. It was shown on the example of a phantom how the value of the measured parameter can change depending on the properties of the medium components. The assumption of each tomography that allows imaging of any objects with finite spatial resolution is that the pixel has the same density or chemical composition on its entire surface. In the vast majority of cases, it is a far-reaching simplification which, omitted during the analysis, may lead to very serious errors in the interpretation of the results of the diagnostics or, more generally, tests.

11

Perspektywy badań mózgowia z wykorzystaniem MRI

Truszkiewicz Adrian, Dynarowicz Klaudia, Bartusik-Aebisher Dorota, Cholewa Marian

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2020

|

Vol. 9, nr 1

21--22

PL

Rezonans magnetyczny (MRI) zmodyfikował praktykę radiologii w dziedzinie badań mózgowia. Technika ta opiera się na bezpiecznej interakcji pomiędzy falami radiowymi o określonej częstotliwości i jądrami wodoru w ciele człowieka lub w innym badanym obiekcie. Szczególny postęp zaobserwowano w badaniach ilościowych i jakościowych metabolitów, które z definicji nie są zaburzeniami ośrodkowego układu nerwowego i które nie są spowodowane nieprawidłowościami strukturalnymi, dlatego występują endogennie w niewielkich ilościach. W pracy przedstawiono pogląd na obecne wykorzystanie MRI w badaniach mózgowia.

EN

Magnetic resonance imaging (MRI) has modified radiology in the field of brain research. This technique is based on the safe interaction between radio waves of a certain frequency and hydrogen nuclei in the human body or other object being tested. Particular progress has been observed in the quantitative and qualitative studies of metabolites which by definition are not disorders of the central nervous system, and which are not caused by structural abnormalities and therefore occur in small amounts enodogenously. The paper presents the view on the current use of MRI in brain research.

12

Ocena przydatności średniopolowych systemów MR w obrazowaniu hodowli komórkowych

Truszkiewicz Adrian, Bartusik-Aebisher Dorota

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2020

|

Vol. 9, nr 1

37--40

PL

W niniejszym artykule autorzy podjęli próbę oceny przydatności systemów rezonansu magnetycznego o sile 1,5 Tesla do obrazowania małych struktur, jakimi są hodowle komórkowe. Zakres obrazowania, jaki stał się przedmiotem badań, wkracza w obszar będący domeną mikroskopii rezonansu magnetycznego (MRM). W dzisiejszej dobie badania te wykonywane są przy użyciu systemów wysokopolowych zapewniających dużo większe rozdzielczości przestrzenne. Celem pracy było określenie warunków, jak również parametrów skanowania pozwalających na obrazowanie małych obiektów przy wykorzystaniu systemu OPTIMA MR360 produkcji GE Healthcare. W wyniku prac koniecznym stało się opracowanie dodatkowej cewki solenoidalnej, której to zarówno wymiary, kształt, jak i konstrukcja zapewniły optymalną jakość obrazowania możliwą do uzyskania w oparciu o w/w system MR. Artykuł ten jest pierwszym z serii prac ukazujących badania hodowli komórkowych z użyciem rezonansu magnetycznego w Uniwersytecie Rzeszowskim.

EN

In this article, the authors attempt to assess the usefulness of 1,5 Tesla magnetic resonance imaging systems for imaging of small structures such as cell cultures. The scope of imaging that has become the subject of research enters the area that is the domain of magnetic resonance microscopy (MRM). Nowadays, these tests are performed using high-field systems providing much higher spatial resolutions. The purpose of the work was to determine the conditions as well as scanning parameters that allow imaging of small objects using the OPTIMA MR360 production system. GE Healthcare. As a result of the work, it became necessary to develop an additional solenoid coil, which both dimensions, shape and design ensured optimal imaging quality possible based on the above MR system. This article is the first in a series of works showing the study of cell cultures using magnetic resonance imaging at the University of Rzeszów.

13

A L 1 Minimization Strategy for Robust Joint Activity and Attenuation Estimation in Positron Emission Tomography

Presotto Luca

Fundamenta Informaticae

|

2020

|

Vol. 172, nr 2

187--202

EN

Positron Emission Tomography image reconstruction needs a map of photon attenuation probability to provide the correct solution. This map is generally provided by an independent imaging modality. However, it might suffer for artifacts due to patient motion in sequential systems or from intrinsic limitation of the second modality (e.g.: bones that cannot be identified in MR images). It has been shown that such map can be estimated from the PET data themselves, but the solution to this problem has much worse conditioning than the tomographic problem. In this work we propose a new algorithm based on the use of multiple L1 regularization terms in the attenuation sub-problem, to incorporate prior knowledge. We also chose optimal maximizers for both sub-problems: preconditioned gradient descent for the emission one and split-Bregman for the attenuation one. The algorithm was then tested using digital phantom simulations. The proposed algorithm proved to provide accurate quantification over a large range of strength of the regularization terms. The algorithm is also able to reconstruct objects outside of the region where the problem is uniquely determined and it is able to fix the undetermined global scaling factor of joint attenuation and emission estimation. Thanks to the maximizers chosen, the algorithm is computationally less expensive than the current standard.

14

FEM-based MRI deformation algorithm for breast deformation analysis

Danch-Wierzchowska Marta, Borys Damian, Swierniak Andrzej

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2020

|

Vol. 40, no. 3

1304--1313

EN

Breast tissue deformation has recently gained interest in various medical applications. The recovery of large deformations caused by gravity or compression loads and image registration is a non-trivial task. The most effective tool for breast cancer visualisation is Magnetic Resonance Imaging (MRI). However, for MRI scans the patient is in a prone position with the breast placed in signal enhancement coils, while other procedures, i.e. surgery, PET-CT (Positron Emission Tomography fused with Computer Tomography) are performed with the patient in a supine position. The need therefore arises to estimate the large breast deformations caused by natural body movement during examinations or surgery. There is no doubt that a patient's breast in both positions has a different shape and that this influences relationships between intra-breast structures. In this work, we present the fundamentals of a method for transformation of breast images based on Finite Element Methods (FEMs). This 2D model uses the simplest constitutive tissue description, which makes it easily applicable and fast. According to the Jaccard Index, the average accuracy obtained is 95%, the lowest is 87%, and the highest is 99%. The model parameter set is proposed for six different breast size classes, covering the whole population. The algorithm provides reliable breast images in a supine position in a few simple steps.

15

Detection of brain tumors from MRI images base on deep learning using hybrid model CNN and NADE

Hashemzehi Raheleh, Mahdavi Seyyed Javad Seyyed, Kheirabadi Maryam, Kamel Seyed Reza

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2020

|

Vol. 40, no. 3

1225--1232

EN

A brain tumor is an abnormal growth of cells inside the skull. Malignant brain tumors are among the most dreadful types of cancer with direct consequences such as cognitive decline and poor quality of life. Analyzing magnetic resonance imaging (MRI) is a popular technique for brain tumor detection. In this paper, we use these images to train our new hybrid paradigm which consists of a neural autoregressive distribution estimation (NADE) and a convolutional neural network (CNN). We subsequently test this model with 3064 T1-weight-ed contrast-enhanced images with three types of brain tumors. The results demonstrate that the hybrid CNN-NADE has a high classification performance as regards the availability of medical images are limited.

16

Automated segmentation and classification of brain stroke using expectation-maximization and random forest classifier

Subudhi Asit, Dash Manasa, Sabut Sukanta

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2020

|

Vol. 40, no. 1

277--289

EN

Magnetic resonance imaging (MRI) is effectively used for accurate diagnosis of acute ischemic stroke. This paper presents an automated method based on computer aided decision system to detect the ischemic stroke using diffusion-weighted image (DWI) sequence of MR images. The system consists of segmentation and classification of brain stroke into three types according to The Oxfordshire Community Stroke Project (OCSP) scheme. The stroke is mainly classified into partial anterior circulation syndrome (PACS), lacunar syndrome (LACS) and total anterior circulation stroke (TACS). The affected part of the brain due to stroke was segmented using expectation-maximization (EM) algorithm and the segmented region was then processed further with fractional-order Darwinian particle swarm optimization (FODPSO) technique in order to improve the detection accuracy. A total of 192 scan of MRI were considered for the evaluation. Different morphological and statistical features were extracted from the segmented lesions to form a feature set which was then classified with support vector machine (SVM) and random forest (RF) classifiers. The proposed system efficiently detected the stroke lesions with an accuracy of 93.4% using RF classifier, which was better than the results of the SVM classifier. Hence the proposed method can be used in decision-making process in the treatment of ischemic stroke.

17

An automated computer-aided diagnosis system for classification of MR images using texture features and gbest-guided gravitational search algorithm

Shanker Ravi, Bhattacharya Mahua

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2020

|

Vol. 40, no. 2

815--835

EN

The segmentation and classification of brain magnetic resonance (MR) images are the crucial and challenging task for radiologists. The conventional methods for analyzing brain images are time-consuming and ineffective in decision-making. Thus, to overcome these limita-tions, this work proposes an automated and robust computer-aided diagnosis (CAD) system for accurate classification of normal and abnormal brain MR images. The proposed CAD system has the ability to assist the radiologists for diagnosis of brain MR images at an early stage of abnormality. Here, to improve the quality of images before their segmentation, contrast limited adaptive histogram equalization (CLAHE) is employed. The segmentation of the region of interest is obtained using the multilevel Otsu's thresholding algorithm. In addition, the proposed system selects the most significant and relevant features from the texture and multiresolution features. The multiresolution features are extracted using discrete wavelet transform (DWT), stationary wavelet transform (SWT), and fast discrete curvelet transform (FDCT). Moreover, the Tamura and local binary pattern (LBP) are used to extract the texture features from the images. These features are used to classify the brain MR images using feedforward neural network (FNN) classifier, where different meta-heuristic optimization algorithms, e.g., genetic algorithm (GA), particle swarm optimization (PSO), gravitational search algorithm (GSA), and gbest-guided gravitational search algorithm (GG-GSA) are employed for optimizing the weights and biases of FNN. The extensive experimen-tal results on DS-195, DS-180, and three standard datasets show that the classification accuracy of GG-GSA based FNN classifier outperforms all mentioned meta-heuristic-based classifiers and several state-of-the-art methods.

18

Termometria rezonansu magnetycznego

Truszkiewicz Adrian, Bartusik-Aebisher Dorota

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2019

|

Vol. 8, nr 5

385--389

PL

Odkryte w połowie XX wieku zjawisko rezonansu magnetycznego stanowi do dnia dzisiejszego potężne narzędzie w rękach badaczy. Znajduje zastosowanie zarówno w naukach biologicznych, jak i technicznych. Sztandarowym zastosowaniem metody obrazowania wykorzystującego zjawisko rezonansu magnetycznego jest medycyna. Ta w pełni nieinwazyjna metoda pozwala na badanie ludzkiego ciała w sposób dotąd niespotykany. Niniejsza praca prezentuje jeden z aspektów zastosowania tej metody, a mianowicie termometrię rezonansu magnetycznego (MRT). W pracy dokonano przeglądu metod pozwalających na monitorowanie temperatury metodą MRI. Pokazano źródła błędów, jak również wybrane metody ich redukcji. Cel pracy. Celem pracy jest przedstawienie metod pomiaru temperatury wnętrza ludzkiego ciała metodami MRI. Termometria MRI (MRT) to ważna funkcjonalność pozwalająca na nieinwazyjne mierzenie temperatury w miejscach o ograniczonym dostępie. Funkcjonalność ta jest nieodzowna w prowadzeniu niektórych rodzajów terapii nowotworów. Znajomość rozkładu temperatur nie tylko w punkcie, ale w całej objętości jest kluczowa do tego rodzaju zastosowań.

EN

The phenomenon of magnetic resonance imaging discovered in the mid-20th century is a powerful tool to this day in the hands of researchers. It finds application in both sciences biological and technical. The main application field of the resonance phenomenon is medicine. The method is completely non-invasive and allows the examination of the human body in a manner so far unparalleled. This work presents one aspect of the application of this methods, called magnetic resonance imaging thermometry (MRIT). The paper reviews methods allowing for temperature monitoring. Error sources as well as selected methods of their reduction is presented. Objective of the work. The purpose of the work is to present methods for the measurements of internal body temperature by MRI . Thermometry MRI (MRIT) is an important field that allows non-invasive temperature measurement. This functionality is indispensable in driving certain types of cancer therapy. Knowledge of the temperature is crucial for this application.

19

Sarkoidoza w badaniu MR

Stanowski Dariusz, Leksa Natalia, Truszkiewicz Adrian, Aebisher David, Bartusik-Aebisher Dorota

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2019

|

Vol. 8, nr 5

379--382

PL

Rezonans magnetyczny jest podstawowym narzędziem w arsenale badań, jakim dysponuje dzisiejsza neurologia. Badanie to w sposób całkowicie nieinwazyjny pozwala odpowiedzieć na szereg pytań związanych zarówno z morfologią, jak również przemianami, jakie zachodzą w OUN. Niniejsza praca prezentuje opis przypadku sarkoidozy jako choroby, dla której rezonans magnetyczny jest metodą z wyboru. Praca ta ma na celu ukazanie rezonansu jako wszechstronnej metody diagnostycznej w neurologii. Sarkoidoza – przewlekła choroba układu odpornościowego. W chwili obecnej jej etiologia nie jest dostatecznie wyjaśniona. Możliwość występowania w niemal wszystkich narządach ciała oraz konieczność różnicowania z innymi jednostkami chorobowymi czyni jednostkę tę trudną w diagnostyce. Niniejsza praca prezentuje sarkoidozę w diagnostyce rezonansu magnetycznego (MR). Opis przypadku ukazuje zarówno spojrzenie kliniczne, jak również trudności diagnostyczne.

EN

Magnetic resonance imaging is an essential tool in the research of today’s neurology. This study in a completely non-invasive way allows you to answer a number of questions related to both morphology as well as changes that occur in the CNS. This work presents a case report of sarcoidosis as a disease for which magnetic resonance imaging is the method of choice. This work aims to show resonance as a comprehensive diagnostic method in neurology. Sarcoidosis – a chronic disease of the immune system. At present, its etiology is not sufficiently explained. The possibility of occurring in almost all organs of the body and the need to differentiate with other disease entities makes this entity difficult to diagnose. This work presents sarcoidosis in magnetic resonance imaging (MR). The case report shows both clinical view and diagnostic difficulties.

20

MRgFUS – jako nowoczesna metoda leczenia

Nowak Bartłomiej

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2019

|

Vol. 8, nr 4

333--336

PL

Zabieg zogniskowaną wiązką ultradźwięków o wysokiej częstotliwości (FUS lub HIFU) pod kontrolą rezonansu magnetycznego (MRI) jest nieinwazyjną metodą termoablacji. Integracja FUS i MRI pozwala na precyzyjne zaplanowanie leczenia, określenie lokalizacji, wielkości interesującej nas zmiany oraz kontrole i monitorowanie w czasie rzeczywistym depozycji energii stosowanej w leczeniu bez uszkodzenia struktur sąsiadujących tkanek.

EN

The treatment of a focused high frequency ultrasound beam (FUS or HIFU) under magnetic resonance imaging (MRI) is a non-invasive method of thermoablation. The integration of FUS and MRI allows for precise planning of treatment, determining the location, size of the changes that we are interested in, and real-time monitoring and monitoring of the deposition of energy used in treatment without damaging the structures of neighboring tissues.