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

Aspekty architektoniczne tworzenia cyfrowej platformy gromadzenia danych medycznych

Rybak Grzegorz, Strzecha Krzysztof, Sturgulewski Łukasz, Krakós Marek, Sankowski Dominik

Przegląd Elektrotechniczny

|

2021

|

R. 97, nr 12

145--148

PL

Artykuł porusza zagadnienia związane z projektowaniem komputerowej platformy gromadzenia danych medycznych dedykowanej pomiarom uzyskanym przy zastosowaniu nowych metod diagnostycznych. Do wskazanych technik diagnostycznych należą Tomografia Ultradźwiękowa oraz Tomografia Impedancyjna. W artykule przedstawione zostały główne problemy architektoniczne i sposoby realizacji oprogramowania uwzględniając opis koncepcji oraz opis stosu technologicznego.

EN

The article discusses issues related to the design of a computer platform for collecting medical data dedicated to measurements obtained with the use of new diagnostic methods. The indicated diagnostic techniques include Ultrasound Tomography and Impedance Tomography. The article presents the main architectural problems and methods of software implementation, taking into account the description of the concept and the description of the technological stack

5

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.

6

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.

7

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.

8

Wpływ lepkości na pomiar czasu relaksacji podłużnej w diagnostyce z wykorzystaniem MR – badania wstępne

Truszkiewicz Adrian, Aebisher David, Żyła Gaweł, Sobczak Jolanta, Wojtas Łukasz, Bartusik-Aebisher Dorota

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2021

|

Vol. 10, nr 6

475--479

PL

Niniejsza praca stanowi wstęp do badań nad wpływem lepkości na zmiany czasu relaksacji T1. Jest to badanie wstępne pozwalające na ocenę stosowania systemów klinicznych do prowadzenia tego rodzaju badań. Celem końcowym jest określanie wartości lepkości in vivo krwi w czasie badania rezonansu magnetycznego. Lepkość to parametr uzależniony od szeregu czynników występujących w ciele pacjenta, a mającym wpływ na wiele chorób, w tym takie jednostki chorobowe, jak udary mózgu czy też choroby niedokrwienne serca oraz miażdżycę, które w dzisiejszej dobie są chorobami cywilizacyjnymi.

EN

This paper is an introduction to the research on the influence of viscosity on changes in T1 relaxation time. It is a preliminary study to assess the use of clinical systems for this type of research. The end goal is to determine the in vivo viscosity of blood during MRI. Viscosity is a parameter dependent on a number of factors occurring in the patient’s body and affecting many diseases, including such diseases as strokes or ischemic heart diseases and atherosclerosis, which are nowadays diseases of civilization.

9

Philips Ingenia Ambition 1.5T – zapomnij o helu

Winiarczyk Piotr

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2021

|

Vol. 10, nr 1

41--43

PL

Philips Ingenia Ambition 1.5T wciąż jest jedynym silnopolowym rezonansem magnetycznym, uwalniającym użytkownika od trosk o dostępność i ceny helu. Jego światowa premiera miała miejsce niespełna trzy lata temu. Czego przez ten czas nauczyliśmy się o nowym magnesie BlueSeal z obsługą bezhelową?

10

An unscented transformation approach to stochastic analysis of measurement uncertainty in magnet resonance imaging with applications in engineering

Rauh Andreas, John Kristine, Wüstenhagen Carolin, Bruschewski Martin, Grundmann Sven

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2021

|

Vol. 31, no. 1

73--83

EN

In the frame of stochastic filtering for nonlinear (discrete-time) dynamic systems, the unscented transformation plays a vital role in predicting state information from one time step to another and correcting a priori knowledge of uncertain state estimates by available measured data corrupted by random noise. In contrast to linearization-based techniques, such as the extended Kalman filter, the use of an unscented transformation not only allows an approximation of a nonlinear process or measurement model in terms of a first-order Taylor series expansion at a single operating point, but it also leads to an enhanced quantification of the first two moments of a stochastic probability distribution by a large signal-like sampling of the state space at the so-called sigma points which are chosen in a deterministic manner. In this paper, a novel application of the unscented transformation technique is presented for the stochastic analysis of measurement uncertainty in magnet resonance imaging (MRI). A representative benchmark scenario from the field of velocimetry for engineering applications which is based on measured data gathered at an MRI scanner concludes this contribution.

11

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.

12

Fully automated algorithm for the detection of bone marrow oedema lesions in patients with axial spondyloarthritis – Feasibility study

Rzecki Krzysztof, Kucybała Iwona, Gut Daniel, Jarosz Aldona, Nabagło Tomasz, Tabor Zbisław, Wojciechowski Wadim

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2021

|

Vol. 41, no. 2

833--853

EN

In the present paper we propose an automated procedure for the detection of bone marrow oedema lesions in patients with axial spondyloarthritis (axSpA). The procedure is based on MRI examination of the sacroiliac joints of 30 patients with confirmed sacroiliitis in the course of axSpA (18 of patients were male, while 12 of patients were female; the mean age of patients was 28.8 ± 9.0 years, range from 18 to 45 years). The segmentation of the sacral and iliac bones is performed using U-Net-like architecture. The subchondral bone regions are found, where inflammatory changes are expected to appear. Convolutional classification architectures are trained to classify image voxels as either being within normal or inflammatory-changed areas. The deep learning-based classification of voxels is compared to a method based on statistical testing. The Dice coefficient for segmentation of subchondral bone was 0.84 (standard deviation 0.06). The sensitivity of the detection of inflammatory changes was 0.88. The specificity of the detection of inflammatory changes was 0.91. The discrepancy between sensitivity and specificity values achieved by the automated method and the human readers is attributed to ‘‘a satisfaction of search” phenomenon. After verification of the automated detections by human readers sensitivity and specificity increased to 0.95 and 0.96, respectively. The Spearman’s correlation coefficient between the volumes of lesions calculated manually and automatically is equal to 0.866 while the intraclass coefficient of correlation ICC(1,1) is equal to 0.947. The study demonstrates that an automated detection of inflammatory lesions with high precision of lesion volume assessment is feasible.

13

Detection of pseudo brain tumors via stacked LSTM neural networks using MR spectroscopy signals

Dandil Emre, Karaca Semih

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2021

|

Vol. 41, no. 1

173--195

EN

Magnetic resonance spectroscopy (MRS) is one of the non-invasive tools used in the detection of brain tumors. MRS provides a metabolic profile about the brain. In this profile, MRS patterns of the tumors and pseudo tumors can be similar to each other. For this reason, accurate diagnosis and classification of brain tumor is of vital importance for the patient's treatment planning. It has been widely preferred by physicians in recent years because it does not pose the risk of infection and death due to surgery like biopsy. In this study, binary classification of brain tumors and normal brain tissue with pseudo-brain tumors is achieved via deep neural networks using MRS data. For the classification of MRS signals, a stacked model based on Long Short-Term Memory (LSTM) and Bidirectional Long Short-Term Memory (Bi-LSTM) deep neural networks is proposed. In the experimental studies in the study, MRS signals from normal brain tissue, brain tumor and pseudo-brain tumors in the INTERPRET database are used. Since the MRS data belonging to a large number oftumors and pseudo-tumors are required for training and testing of the LSTM neural networks, the number of data for the MRS dataset is increased by data augmentation methods. Training and testing of the LSTM neural networks used are performed with a repeated 5-fold cross validation and 10 repetitions for each model. As a result of this study, proposed a stacked model for computer-aided binary classification of MRS data, classification results of 93.44%, 85.56%, 88.33% and 99.23% are obtained for the classification of pseudo brain tumor with glioblastoma, diffuse astrocytoma, metastatic brain tumors and normal brain tissue, respectively. Therefore, it is confirmed that the proposed LSTM-based stacked method is successful in detecting pseudo brain tumors using MRS signals.

14

Pomiary czasów relaksacji podłużnej i poprzecznej wybranych cieczy z wykorzystaniem skanera EFNMR

Trybus Mariusz

Przegląd Elektrotechniczny

|

2020

|

R. 96, nr 10

115--118

PL

Rezonans magnetyczny (NMR) jest nieinwazyjną i jedną z najbardziej dokładnych technik obrazowania we współczesnej medycynie. W niniejszej pracy przedstawiamy wyniki badań czasu relaksacji podłużnej i poprzecznej wybranych cieczy, uzyskane z wykorzystaniem stanowiska naukowo dydaktycznego EFNMR, wykorzystującego ziemskie pole magnetyczne i jego jednorodność do obrazowania, spektroskopii i pomiarów z wykorzystaniem NMR.

EN

Nucleart magnetic resonance (NMR) is one of the most non-invasive and most accurate imaging techniques in modern medicine. In this paper we present the results of measurements of longitudinal and transverse relaxation of selected liquids, obtained using the EFNMR scanner, using the Earth's magnetic field and its homogeneity for imaging, spectroscopy and NMR measurements.

15

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.

16

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.

17

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.

18

A second-order TV-based coupling model and an ADMM algorithm for MR image reconstruction

Zhou Bo, Yang Yu-Fei, Hu Bo-Xia

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2020

|

Vol. 30, no. 1

113--122

EN

Motivated by ideas from two-step models and combining second-order TV regularization in the LLT model, we propose a coupling model for MR image reconstruction. By applying the variables splitting technique, the split Bregman iterative scheme, and the alternating minimization method twice, we can divide the proposed model into several subproblems only related to second-order PDEs so as to avoid solving a fourth-order PDE. The solution of every subproblem is based on generalized shrinkage formulas, the shrink operator or the diagonalization technique of the Fourier transform, and hence can be obtained very easily. By means of the Barzilai–Borwein step size selection scheme, an ADMM type algorithm is proposed to solve the equations underlying the proposed model. The results of numerical implementation demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed model and algorithm.

19

Segmentation of MRI data using multi-objective antlion based improved fuzzy c-means

Singh Munendra, Venkatesh Vishal, Verma Ashish, Sharma Neeraj

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2020

|

Vol. 40, no. 3

1250--1266

EN

Accurate segmentation of brain tissues in magnetic resonance imaging (MRI) data plays critical role in the clinical diagnostic and treatment planning. The presence of noise and artifacts in MRI data degrades the performance of segmentation algorithms. In this view, the present study proposes a complete unsupervised clustering based multi-objective modified fuzzy c-mean (MOFCM) segmentation algorithm, which inculcates multi-objective antlion optimization (MOALO) to minimize the cluster compactness and fuzzy hyper-volume fitness functions. The output segmented image corresponds to minimum value of partition entropy in the obtained solution set. The present study integrates proposed MOFCM with a new cluster number validity index, which allows user not to provide number of segments in image as an input. The proposed MOFCM algorithm is extensively validated on seventy two synthetic images corrupted with different levels of Gaussian, Speckle and Rician noises, forty simulated BrainWeb MRI images suffered from noise and inhomogeneity, and 10 real IBSR MRI dataset of images. The results are compared with existing popular clustering based algorithms, and supervised deep learning based algorithms, i.e. UNet, SegNet and Quick- NAT. The proposed MOFCM algorithm demonstrate the superior segmentation performance in comparison to popular FCM based clustering algorithms, SegNet and UNet, whereas the segmentation results of proposed MOFCM are at par with QuickNAT.

20

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.