Селекция тканей по временам релаксации в магнитно-резонансной томографии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, доктор физико-математических наук Анисимов, Николай Викторович

• Анисимов, Николай Викторович
• доктор физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Анисимов, Николай Викторович

Введение.

Общая характеристика работы.

Научное направление.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Селекция тканей по временам релаксации в магнитно-резонансной томографии»

Цель диссертационной работы.15

Актуальные пути изучения.16

Положения, выносимые на защиту.18

Основные подходы к решению задачи исследования.19

Краткий анализ публикаций по теме исследования.22

Научная новизна.29

Структурное единство результатов.35

Достоверность результатов.35

Практическая значимость.36

Апробация работы.38

Публикации.40

Личный вклад автора.40

Соавторы.41

Структура диссертации.41

Заключение.47

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Анисимов, Николай Викторович

Выводы к главе 7.271

Заключение.272

Признательности.274

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Анисимов, Николай Викторович, 2010 год

1. СПИСОК АББРЕВИАТУР

2. ИП импульсная последовательность1. MP магнитно-резонансный

3. МРТ магнитно-резонансная томография1. РЧ радиочастотный

4. СМЖ спинномозговая жидкость

5. ЯМР ядерный магнитный резонанс1. CA Contrast Agent

6. CNR Contrast to Noise Ratio

7. DIR double inversion recovery

8. ECR European Congress of Radiology

9. ESMRMB European Society for Magnetic Resonance in Medicine and Biology ETL - Echo Train Length

10. EUROMAR European Society for Magnetic Resonance FLAIR - Fluid Attenuated Inversion Recovery FSE - Fast Spin Echo GE - Gradient Echo

11. MRM International Society for Magnetic Resonance in Medicine MEDINF - Society of Medical Information MIP - Maximum Intensity Projection

12. NMRCM Nuclear Magnetic Resonance in Condensed Matter

13. RARE Rapid Acquisition by Repeated Echo1. SNR Signal to Noise Ratio

14. STIR Short Time Inversion Recovery

15. Т1(2)ВИ Т1(2)-взвешенные изображения1. ТЕ Time of Echo1. TOF Time Of Flight1. TR-Time of Repetition1. TSE Turbo Spin Echo1. ВВЕДЕНИЕ

16. Общая характеристика работы

17. Можно также отметить г «гибридные» методы подавления сигнала от жировой^ ткани,, когда, инвертирующие; импульсы сами, являются; частотно селективными 24.;

18. Цель диссертационной работы.:

19. Актуальные пути; изучения:

20. Для решения этой задачи предполагалось задействовать следующие средства. .

21. Указанные средства должны способствовать решению задачи об* устранении избыточной информации из МР изображения, чтобы эффективно решать задачи по визуализации, сегментации и объемной реконструкции зоны поражения.

22. Разработке этих средств посвящена данная работа:

23. Положения., выносимые на защиту

24. Основные подходы крешениго задачи исследования

25. Представляется актуальным разработка импульсныхпоследовательностей, с помощью которых применяется неполное подавление сигналов нормальной ткани, что позволяет получать МР-изображения, соответствующие указанным свойствам.

26. В то же время концепция упрощения картины тканевого контраста может быть применена для решения других задач МРТ-исследования, напрямую не связанных с медицинской диагностикой. Решение некоторых подобных задач также стало проблематикой данной работы.

27. Краткий анализ публикаций в области исследования

28. Стимулом к разработке концепции упрощения картины тканевого контраста в МРТ стало решение автором ряда конкретных задач, возникших в практике медицинского диагностического исследования.

29. В 2003 г. метод одновременного подавления сигналов; от тканей: с существенно различающимися временами релаксации был;запатентован 35.

30. В вышеупомянутых работах акцент делался; на рассмотрение вопросов; технической ' реализации режима сканирования с одновременным подавлением сигналов воды и жира, качественный анализ получаемых при этом?МР-изображений и диагностические возможности.

31. Базеле (Швейцария), дается обоснование и представлен экспериментальный материал по применению последовательности DIR для многокомпонентного подавления тканей с разными временами продольной релаксации 52.

32. Концепция упрощения картины тканевого контраста, или в более широком контексте информационного фильтра, нашла применение не только в диагностических исследованиях, но и в ряде других приложений МРТ.

33. Прежде чем сформулировать новые результаты, полученные в ходе работы, необходимо сопоставить концепции, разрабатываемые в данной работе, и те, которые применялись в обычной практике МРТ-исследований.

34. В рамках развиваемой концепции1 шел также поиск программных и технических средств ее реализации. Этот поиск привел к обоснованию и внедрению в практику диагностического исследования алгебраических операций с МР-изображениями.

35. Концепция упрощения картины тканевого контраста, основанная на селекции тканей по временам релаксации, оказалась востребована для самого широкого круга приложений медико-диагностических, технологических, информационных.

36. Подводя- итог, можноV.1 констатировать, что научная новизна, работы определяется тем, что в ней впервые: .

37. Для подтверждения новизны предлагаемых методик помимо обзора литературы проведен патентный- поиск, в результате которого получено 9 авторских свидетельств.

38. В конечном итоге, работа в основном посвящена применению МРТ для медицинской диагностики, что имеет существенное народно-хозяйственное значение.1. Апробация работы

39. Материалы, относящиеся к исследованию артикуляторных органов, были представлены на конференциях:

40. I Всеросс. конф «Теория и практика речевых исследований» 2003, Москва, Россия;

41. XIII сессия Российского акустического общества 2003, Москва, Россия;

42. I Межд. конгресс исследователей русского языка 2007, Москва, Россия; SPECOM- 2007, Moscow, Russia; AFCP/AFCP Workshop- 2007, Montpellier, France;

43. Computers and Advanced Technology in Education (CATE 2008), Crete, Greece; Acoustics 2008, Paris, France;

44. Значительный вклад в проведение работ по МРТ-исследованию артикуляторных органов внесла Г.Е.Кедрова старший научный сотрудник филологического факультета МГУ.

45. Следует также отметить вклад студентов-дипломников физического факультета, принимавших участие в разработке прикладных программ для работы с данными МРТ и проведении экспериментов.

46. Вклад других соавторов также значителен, но все-таки особо следует отметить совместные работы с одним из основоположников ЯМР в России -профессором Ю.С.Константиновым 28-30.1. Структура диссертации

47. Показано применение импульсных последовательностей, обеспечивающих выравнивание контраста между спинномозговой жидкостью и веществом мозга.

48. Продемонстрировано несколько примеров применения алгебраических операций с МР-изображениями в практике диагностических исследований:

49. Представлены фрагменты текста фирменной; программы, определяющей сканирующую; импульсную; последовательность. Показан способ ее модификации;для реализации последовательности DIR.

50. В конце каждой главы даются краткие выводы.

51. В заключении сформулированы основные результаты работы, которые сводятся к следующему:

52. Применение DIR- при исследовании* зон/ поражения; создает благоприятные условия?для;сегментации- исследуемой«зоны, ее; волюметрип и; объемной реконструкции: Это полезно для отслеживания5 эволюции; исследуемой зоны при>динамическом наблюдении. ,

53. Большой; объем структурированных данных МРТ-исследований можно использовать .для извлечения, анализа и статистической обработки антропометрической'и:демографической информации.1. Глава 1

54. Обзор публикаций по темам, затрагиваемым в диссертационной работе

55. Прежде чем провести литературный обзор необходимо определить основные понятия и обозначить круг проблем и решаемых задач.

56. Принципы магнитно-резонансной томографии 1.1.1 Краткая историческая справка

57. Метод ЯМР основан на взаимодействии ядерных спинов; размещенных в поляризующем поле, с РЧ полем, частота которого близка к Ларморовой частоте. ЯМР в настоящее время широко применяется в физике, химии, биологии и других научно-технических областях.

58. Именно этот метод будет предполагаться в дальнейшем повествовании.11.2 Принцип сканирования и построения МР-изображения

59. Поясним, как реализуется метод Кумара-Эрнста, для объемного и послойного сканирования.

60. Исходим из того, что атомное ядро имеет магнитный момент (i=yhl, где h константа Планка, у - гиромагнитное отоношение, I - спин ядра.

61. РЧ возбуждение спинов во всем объеме

62. Кодирование фазы прецессии по оси х

63. Кодирование фазы прецессии по оси у

64. Кодирование частоты прецессии по оси т.1. З^хДуДг)1. МР-сигнал

65. Рис. 1.1. Принцип объемного МРТ-сканирования.

66. Обычно сигнал регистрируется только на последнем этапе, при фиксированном значении 02 и меняющихся значениях Сигнал индукции от магнитного момента, локализованного в точке с координатами (х,у,г), пропорционален ехр -1 (у(0хх^+0уу1:у+0221:7).

67. Регистрируемый катушкой сигнал индукции является суммой сигналов от магнитных моментов, расположенных в разных участках объема, апотому прецессирующих с разными ларморовыми частотами и фазами. Сигнал индукции будет пропорционален величине:

68. БоО^Л) = Шудг М(х,у,г) ехр -I (у(Охх1х+Суу1у+С2гО.,где интегрирование проводится по объему, охватывающему зону чувствительности приемной катушки.

69. Сделав замену переменных: кх=уОх1х, ку=уОу1у, 1с2=уОг17, перепишем вышеприведенное выражение как:у,к2) ~ Ш dxdydz М(х,у,г) ехр ч (к\х+куу+к7г).,

70. Кодирование фазы прецессии по оси у

71. Кодирование частоты прецессии по оси х1. МР-сигнал

72. Рис. 1.2. Принцип посрезового МРТ-сканирования.

73. В любом случае, регистрация эха вместо сигнала индукции создает дополнительные возможности управления тканевым контрастом за счет варьирования ТЕ.

74. Рис. 1.3. Плоский (сверху) и рельефный (снизу) образы, показывающие распределение МР-сигнала в плоскости выбранного среза.

75. Распределение сигнала по срезу можно также представить в виде трехмерного пространственного рельефа, составленного из пиков, высоты которых пропорциональны уровню МР сигнала.

76. Примеры таких отображений представлены на рис. 1.3. На левом фрагменте представлен срез в сагиттальной проекции для нормальных структур мозга, а на правом в аксиальной проекции при патологических изменениях, обусловленных опухолевым поражением мозга.

77. Объект исследования и постановка задачи

78. Как можно видеть по рис. 1.3, картина распределения МР-контраста довольно сложна даже в том случае, если мозг представлен только нормальными структурами. Это затрудняет выявление зон поражения или патологических изменений.

79. Полезный эффект от подавления сигналов нормальной ткани или выравнивания контраста можно пояснить на следующем примере. Обозначим локализацию тканей различных типов А, В, С с помощью квадратиков с соответствующими надписями рис. 1.4.1. N1 N2 Р N2 N1