Safety and quality in association with clinical magnetic resonance imaging : applications in structural MRI and simultaneous EEG-fMRI

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6631-9
Title: Safety and quality in association with clinical magnetic resonance imaging : applications in structural MRI and simultaneous EEG-fMRI
Author: Kuusela, Linda
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Faculty of science, Department of Physics
Doctoral Programme in Materials Research and Nanoscience
HUS Medical Imaging Center, University of Helsinki and Helsinki University Hospital
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-10-23
Language: en
Belongs to series: Doctoral School in Natural Sciences Dissertation Series - URN:ISSN:2670-2010
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6631-9
http://hdl.handle.net/10138/319422
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Magnetic resonance imaging (MRI) technology is rapidly developing in acquisition, reconstruction and post-processing. When introducing novel methods to clinical routine, there may be aspects of the method that hinder its application. These aspects comprise safety issues, restrictions on the use of equipment, long scan times or time-consuming data post-processing, or combinations of these. Obviously, these issues must be eliminated or managed. The work presented in this thesis was driven by clinical needs at HUS Helsinki Medical Imaging Center, Finland. In simultaneous electroencephalography (EEG) and functional MRI (fMRI) the equipment is MRI-compatible and the use of only a certain low specific absorption rate (SAR) imaging sequences are allowed. The requirements for performing a simultaneous EEG-fMRI study are safety, good signal stability, acceptable signal-to-noise (SNR) ratio and no significant image artifacts. Both temperature measurements, and image quality assessments were carried out. The highest temperature changes were observed for the sequence with the highest SAR, this was, however, within acceptable limits for safe scanning. A decrease in SNR was observed with the fMRI sequence. In craniosynostosis imaging, the aim is to diagnose prematurely closed skull suture of the growing skull. The gold standard of craniosynostosis imaging is computed tomography (CT), but a non-ionizing modality enabling anatomical imaging in the same imaging session was clinically desired. Thus, a black bone MRI (BB-MRI) sequence was developed based on research reported by others and further optimized for the specific needs of our hospital. To produce the 3D rendered image, a segmentation algorithm based on a bias field-corrected fuzzy c-means algorithm was used. To verify the reliability of the BB-MRI, a comparison study with CT was conducted, where sutures and intracranial impressions were rated. For the assessment of sutures, the inter-rater reliability was observed to be high with both BB-MRI and CT. For the assessment of intracranial impression, the inter-rater reliability was low with both modalities. Gradient Echo Plural Contrast Imaging (GEPCI) is a post-processing technique, which produces quantitative information as well as several image contrasts. The issue with GEPCI is the relatively long scan time; 8-12 minutes, depending on the resolution and stack coverage. The usability of partial Fourier (PF) technique was studied with both phantom and volunteer measurements. PF factor in only the phase direction should be used, yielding a reduction in scan time of 24%.Magneettikuvantaminen (MK) on nopeasti kehittyvä kuvantamismentelmä, jossa edistystä tapahtuu signaalinkeräyksessä, rekonstruktiossa sekä jälkikäsittelyssä. Uusien menetelmien kliinistä käyttöönottoa voi hidastaa uuteen menetelmään liittyvät turvallisuus näkökohdat, pitkät kuvausajat tai aikaa vievä kuvien jälkikäsittely. Tämän väitöskirjan tavoitteena on ollut ratkaista kliiniseen käyttöön liittyviä ongelmia ja tuoda menetelmät kliiniseen käyttöön mm. turvallisuus näkökohdat huomioon ottaen. Samanaikainen elektroenkefalografia (EEG) ja funktionaalinen MK (fMK) on multimodaalinen menetelmä, jota käytetään kliinisesti epilepsia fokusten paikantamiseen. Samanaikaisessa EEG-fMRI:ssä käytetty laitteisto on MK-yhteensopiva ja ehtona on käyttää vain matalan ominaisabsorptionopeuden (specific absorption rate, SAR) omaavia kuvasarjoja. Elektrodin lämpötilan nousu havaittiin korkean SAR:n omaavilla kuvasarjoille. Lämpötilanousu oli kuitenkin hyväksyttävissä rajoissa ja korkean SAR:n kuvasarjan käyttö on perusteltua, kunhan huolehditaan turvallisuus näkökohdat. Laitteisto (EEG) vaikuttaa myös kuvanlaatuun ja matalampi signaali-kohinasuhde havaittiin fMK sekvenssille. Kraniosynostoosin kuvantamisessa diagnosoidaan ennenaikaisesti sulkeutuneita kallon saumoja ja tällä hetkellä kuvaukset suoritetaan pääosin tietokonetomografialla (TT). Ionisoimaton kuvantamismenetelmä, jolla voitaisiin samalla kuvantamiskerralla kuvata myös pehmytkudosta, on kliinisesti perusteltu. Aikaisemmin muiden raportoima ”black bone” (BB) MK menetelmä ja jälkikäsittely kehitettiin sairaalan kliinisten tarpeiden lähtökohdista. Segmentaatioalgoritmi rakennettiin perustuen fuzzy c-means datan klusterointi algoritmiin. BB MK-meneteltämän luotettavuutta arvioitiin vertaamalla TT-kuviin. Saumat havaittiin yhtä luotettavasti molemmilla kuvantamismenetelmillä. Gradient Echo Plural Contrast Imaging (GEPCI) jälkikäsittelymenetelmä, joka tuottaa kvantitatiivisen tiedon lisäksi, myös useita eri MK kuvakontrasteja. GEPCI menetelmän haaste kliinisessä käytössä on suhteellisen pitkä 8–12 minuutin kuvausaika. Tehtyjen mittausten perusteella kuvantamista voi nopeutta osittais-Fourier tekniikalla ja kuvausaikaa voi lyhentää jopa 24 %.
Subject: fysiikka
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
kuusela_linda_dissertation_2020.pdf 1.286Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record