Embed Size (px)
Citation preview
1
FYS 4780 1
FYS-4780Analyse av diagnostisk, dynamisk bildeinformasjon
MRlIntroduksjon
Atle Bjørnerud, [email protected]
975 39 499
12-Feb-09 FYS 4780 2
Litteratur og undervisningsmateriale:
• Slides fra hver forelesning• Kompendium:
• The Physics of Magnetic Resonance Imaging
• Magnetic Resonance ImagingMarinus T. Vlaadingerbroek Jacques A. den Boer.
• Numerical recipes in C / C++. Press, Vetterling et al.
12-Feb-09
FYS 4780 3
Lastes ned fra: www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/FYS-KJM4740/v08/undervisningsmateriale
12-Feb-09 12-Feb-09 FYS 4780 4
Obligatorisk innlevering:
• Matlab-basert oppgave relatert til kinetikk-modellering / datamodellering
FYS 4780 5
1. MR-basics (8 t)
• MR rekonstruksjon – fra datainnsamling til bilde (3 t)
• MR kontrastmidler (1 t)
• Relaksasjon, dose-response, sekvens-optimalisering (2t)
• Funksjonell MRI (fMRI / DTI) (2t)
2. Kinetikk-modellering (8 t)
• Estimering av fysiologiske parametre
• Multi-kompartement modeller, dekonvolusjon (4 t)
• Datamodellering og kurvetilpasning (4 t)
Pensum og undervisningsplan
12-Feb-09 6
Målsetting og motivasjon
- Flere bilde-modaliteter går fra statisk til
dynamiske opptak (CT, MR, PET, SPECT)
- Dynamisk bildeanalyse krever god forståelse av:
- Kontrast-givende effekt (dose-respons)
- Distribusjon av tracer (kontrastmiddel) i vevet
- Matematisk modellering av målte effekt
- Medisinsk tolkning av dynamisk informasjon
12-Feb-09 FYS 4780
2
12-Feb-09 FYS 4780 7
- Gi studenten en grundig introduksjon til teori og
anvendelser av dynamisk bildeanalyse innen MR.
- Skape interesse for både hovedfags studier og
doktorgrads studier innen medisinsk
bildebehandling og dynamisk bildeanalyse
- MR-delen: Legge grunnlag for flere MR fysikere på
norske sykehus (<15 MR-fysikere totalt på norske
sykehus i dag)
Målsetting og motivasjon
12-Feb-09 FYS 4780 8
Noen få medisinske uttrykk
12-Feb-09 FYS 4780 9
Noen få medisinske uttrykk
• Nevrologi: Hode og rygg (nervebaner)• Kardiologi: Hjerte• Thorax: Brystområdet (hjerte, lunge)• Ortopedi: Muskler, skjelett, ledd• Gastrologi: Organer i magen (lever,nyrer, bukspyttkjertel, milt) og tarm
• Nefrologi: Nyrestudier• Angiografi: Fremstilling av blodårer• Gynokologi: Kvinnens underliv• Urologi: Mannens underliv (blære, prostata
12-Feb-09 FYS 4780 10
Noen få medisinske uttrykk
• Radiolog: •Lege spesialist i røntgenfaget. •Tolker bilde-materialet.
• Radiograf: •Utfører avbildningene. •3 års fagutdanning
•Fysiker:•En som bringer forvirringen opp på et høyere nivå…
12-Feb-09 FYS 4780 11
• Coronalt
Noen få medisinske uttrykk
• Axial eller transversal
• Sagital
• Oblique: Dreid snitt i et plan
• Dobbel Oblique: Dreid snitt i to plan
12-Feb-09 FYS 4780 12
Noen få medisinske uttrykk
axialt coronalt sagittalt
3
12-Feb-09 FYS 4780 13
Noen få viktige begreper:
Field-of-view (FoV)Nx pixler Pixel (picture elemenet)
Voxel (volume element)
Romlig oppløsning (mm): dX= FoVx/Nx dy= FoVx/Nx
dx
dy
Typisk MR-oppløsning: 0.5 mm – 5 mm
Snitt-tykkelse
12-Feb-09 FYS 4780 14
Noen få viktige begreper
• Kontrastmiddel (KM): et preparat som injiseres i kroppen og som er synlig på et medisinsk bilde (MR/CT, røntgen)
• Kinetikk: beskrivelse av fordeling og tidsforløp av et KM i kroppen.
• Multi-kompartement modell: modellering av KM in vev som en dynamisk prosess (utveksling) mellom multiple vevs-rom.
• Dose-response: sammenhengen mellom KM-konentrasjon i vevet og målt signal-effekt i bildet.
12-Feb-09 FYS 4780 15
Noen få viktige begreper
• ’First-pass’: den første passasjen av et KM gjennom kroppen
• Bolus injeksjon: en rask KM injeksjon (slik at injeksjonetiden er << første-passasjetiden)
• Infusjon: en langsom injeksjon av KM (injeksjonstid >> første-passasjetiden)
12-Feb-09 16FYS 4780
12-Feb-09 FYS 4780 17
Historikk
Tumor deteksjon ved hjelp av NMR
“Spin echo nuclear magnetic resonance measurements may be used as a method for discriminating between malignant tumors and normal tissue.Measurements of spin-lattice (T1) and spin-spin (T2) magnetic relaxation times were made in six normal tissues in the rat (muscle, kidney, stomach intestine, brain and liver) and in two malignant solid tumors, Walkers sarcomaand Novikoff hepatoma. Relaxation times for the two malignant tumors were distinctly outside the range of values for the normal tissues studied.................”
Raymond DamadianScience 171:1151, 1971
Raymond Damadian
12-Feb-09 FYS 4780 18
Historikk
Raymond Damadian
Damadian bygger på midten av 70-tallet den første helkropps skanner og tar i 1977det første MRI bildet av menneske kroppen.
4
12-Feb-09 FYS 4780 19
Dagens MR
Courtesy: Dept. of Radiology, University of Bonn, Germany
MRI i dag…
12-Feb-09 20FYS 4780
12-Feb-09 FYS 4780 21
Hvor er dynamikken?
12-Feb-09 FYS 4780 22
Hode
- Diffusjon- Perfusjon- fMRI- Permeabilitet
Muligheter
Dynamisk MR
12-Feb-09 23FYS 4780
Angiogenesis
12-Feb-09 24Jain et al. Nat Rev Neurosci. 2007 Aug;8(8):610-22.
Normal brain vessels Brain tumor vessels (glioma xenograft)
FYS 4780
5
Tracer Kinetic Model
• Derived from the central volume principle for intravascular tracers1:– Volume = Flow x Mean transit time
12-Feb-09 25
1Meier & Zieler. On the theory of Indicator-Dilution method for measurement of blood flow and volume. J Appl Physiol. 1954
Fa
Vt
MTT
Cv(t)∫∫
=
dttC
dtttC
F
V
v
v
)(
)(
FYS 4780
Dynamic Susceptibility Contrast (DSC)
26time
∆R2*
−=⋅=∆
0
*
2
)(log)()(
SI
tSI
TE
ktCktR e
12-Feb-09 FYS 4780
Perfusjons-kart
12-Feb-09 FYS 4780 27
Dynamisk MR (DSC)
12-Feb-09 FYS 4780 28
Biopsi-planlegging
Blod-hjerne barriære (BBB)
12-Feb-09 29
capillaryFYS 4780 12-Feb-09 FYS 4780 30
Dynamisk MR (DCE)
)()()(0
)(
12 tCVdetCKtC af
t
tK
a +⋅= ∫−−
ττ
ROI #1gfedcbROI #2gfedcbROI #3gfedc
ROI signal intensity
Image Number80706050403020100
Pix
el In
tensity [a.u
.]
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
6
12-Feb-09 FYS 4780 31
K1 Ve Vf
Dynamisk MR (DCE)
12-Feb-09 FYS 4780 32
fMRI
Mapping av motorisk cortex
Diffusjons-tensor avbilding
12-Feb-09 33FYS 4780 12-Feb-09 34FYS 4780
Slutt på intro
Da begynner alvoret ….
