Advanced

Development of a phantom for optimisation and quality control in functional MRI (fMRI)

Nilsson, Anders (2006)
Medical Physics Programme
Abstract (Swedish)
Blood Oxygen Level Dependent (BOLD) imaging is a useful and promising examination tool for mapping human brain functions, using the local alteration of blood oxygenation in the brain caused by neural activity. However, due to the weak signal response, optimisation of the entire methodology is important in BOLD imaging. To enable optimisation of various examination parameters, a fixed BOLD signal is often desirable. The phantom presented in this work is constructed of two agarose gel types with different T2 relaxation times, designed to simulate a BOLD response. The phantom has been tested in terms of reproducibility and stability, and additionally to optimise a signal parameter, in this work the echo time. The results show that the phantom... (More)
Blood Oxygen Level Dependent (BOLD) imaging is a useful and promising examination tool for mapping human brain functions, using the local alteration of blood oxygenation in the brain caused by neural activity. However, due to the weak signal response, optimisation of the entire methodology is important in BOLD imaging. To enable optimisation of various examination parameters, a fixed BOLD signal is often desirable. The phantom presented in this work is constructed of two agarose gel types with different T2 relaxation times, designed to simulate a BOLD response. The phantom has been tested in terms of reproducibility and stability, and additionally to optimise a signal parameter, in this work the echo time. The results show that the phantom can simulate a fixed-amplitude BOLD response used for optimisation of different parameters, such as the echo time. Additionally, the phantom is suitable for stability tests over longer times. (Less)
Abstract (Swedish)
Magnetresonans, förkortat MR, är ett fysikaliskt fenomen som tillämpas inom medicinsk diagnostik för bildtagning. Med hjälp av mycket starka magnetfält kan bilder erhållas, exempelvis på hjärnan, utan att joniserande strålning används. Förutom bilder kan MR-bildtagning även användas för att avbilda perfusion (kapillärblodflöde) och vattendiffusion i hjärnan. Ytterligare ett användningsområde är avbildning av hjärnans aktiveringscentra; detta kallas funktionell MR (förkortat fMRI).

Då hjärnan arbetar, använder den olika regioner i högre grad jämfört med resterande delar av hjärnan, beroende på vad som personen gör. Exempelvis används hjärnans talcentra då vi talar, och det motoriska centrat då vi rör oss. En intressant effekt av... (More)
Magnetresonans, förkortat MR, är ett fysikaliskt fenomen som tillämpas inom medicinsk diagnostik för bildtagning. Med hjälp av mycket starka magnetfält kan bilder erhållas, exempelvis på hjärnan, utan att joniserande strålning används. Förutom bilder kan MR-bildtagning även användas för att avbilda perfusion (kapillärblodflöde) och vattendiffusion i hjärnan. Ytterligare ett användningsområde är avbildning av hjärnans aktiveringscentra; detta kallas funktionell MR (förkortat fMRI).

Då hjärnan arbetar, använder den olika regioner i högre grad jämfört med resterande delar av hjärnan, beroende på vad som personen gör. Exempelvis används hjärnans talcentra då vi talar, och det motoriska centrat då vi rör oss. En intressant effekt av aktiviteten i hjärnan är att blodvolym och blodflöde ökar i de områden i hjärnan som används, vilket resulterar i MR-bilden kan ses som en signalskillnad jämfört med vilotillstånd. Inom fMRI finns en metod, benämnd BOLD fMRI (Blood Oxygen Level Dependent MRI, ofta förkortat fMRI) som genom att ta bilder medan patienten är i vila samt utsätts för något stimuli (utför någon tankeverksamhet) kan upptäcka signalskillnader i hjärnan, härrörande från lokala förändringar i blodflödet. Genom att jämföra bilder från vila och aktivering kan man således få en uppfattning om vilka regioner som hjärnan använder då man utför olika handlingar.

Emellertid har BOLD-metoden begränsningar, varav en av dem är den låga signalskillnad mellan de aktiverade bilderna och bilderna tagna i vila som erhålls från BOLD-mätningen. Detta är en orsak till att försöka optimera BOLD-undersökningen så mycket som möjligt, för att få en större signalskillnad i MR-bilderna. Ett sätt vore att skapa en konstgjord BOLD-signal med känd amplitud, härrörande från ett testobjekt (benämnt fantom) som läggs in i MR-kameran, och se hur olika inställningar och utrustningar påverkar BOLD-mätningen. På så sätt exkluderar man fysiologiska faktorer såsom fysiologiskt brus, andning, med mera som stör undersökningen, och kan lättare undersöka hur flera enstaka inställningsparametrar såsom ekotid, spoltyp med flera inverkar på mätningen.

Ett sådant fantom har konstruerats och testats med avseende på om fantomet kan producera en reproducerbar signal, och om denna signal går att använda till att optimera parametrar som påverkar MR-bilderna (i detta fall ekotiden). Utöver detta undersöktes också huruvida fantomet kunde användas till stabilitetsmätningar. Resultatet visade att fantomet kan generera en reproducerbar konstgjord signalskillnad, som kunde användas till att optimera ekotiden. Fantomet visade sig också vara lämpligt för rutinmässiga stabilitetsmätningar av olika kamerasystem. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Nilsson, Anders
supervisor
organization
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
MRI
language
English
id
2156986
date added to LUP
2011-09-13 10:13:07
date last changed
2011-12-06 11:06:08
@misc{2156986,
  abstract     = {Magnetresonans, förkortat MR, är ett fysikaliskt fenomen som tillämpas inom medicinsk diagnostik för bildtagning. Med hjälp av mycket starka magnetfält kan bilder erhållas, exempelvis på hjärnan, utan att joniserande strålning används. Förutom bilder kan MR-bildtagning även användas för att avbilda perfusion (kapillärblodflöde) och vattendiffusion i hjärnan. Ytterligare ett användningsområde är avbildning av hjärnans aktiveringscentra; detta kallas funktionell MR (förkortat fMRI).  

Då hjärnan arbetar, använder den olika regioner i högre grad jämfört med resterande delar av hjärnan, beroende på vad som personen gör. Exempelvis används hjärnans talcentra då vi talar, och det motoriska centrat då vi rör oss. En intressant effekt av aktiviteten i hjärnan är att blodvolym och blodflöde ökar i de områden i hjärnan som används, vilket resulterar i MR-bilden kan ses som en signalskillnad jämfört med vilotillstånd. Inom fMRI finns en metod, benämnd BOLD fMRI (Blood Oxygen Level Dependent MRI, ofta förkortat fMRI) som genom att ta bilder medan patienten är i vila samt utsätts för något stimuli (utför någon tankeverksamhet) kan upptäcka signalskillnader i hjärnan, härrörande från lokala förändringar i blodflödet.  Genom att jämföra bilder från vila och aktivering kan man således få en uppfattning om vilka regioner som hjärnan använder då man utför olika handlingar.  

Emellertid har BOLD-metoden begränsningar, varav en av dem är den låga signalskillnad mellan de aktiverade bilderna och bilderna tagna i vila som erhålls från BOLD-mätningen. Detta är en orsak till att försöka optimera BOLD-undersökningen så mycket som möjligt, för att få en större signalskillnad i MR-bilderna. Ett sätt vore att skapa en konstgjord BOLD-signal med känd amplitud, härrörande från ett testobjekt (benämnt fantom) som läggs in i MR-kameran, och se hur olika inställningar och utrustningar påverkar BOLD-mätningen. På så sätt exkluderar man fysiologiska faktorer såsom fysiologiskt brus, andning, med mera som stör undersökningen, och kan lättare undersöka hur flera enstaka inställningsparametrar såsom ekotid, spoltyp med flera inverkar på mätningen.  

Ett sådant fantom har konstruerats och testats med avseende på om fantomet kan producera en reproducerbar signal, och om denna signal går att använda till att optimera parametrar som påverkar MR-bilderna (i detta fall ekotiden). Utöver detta undersöktes också huruvida fantomet kunde användas till stabilitetsmätningar. Resultatet visade att fantomet kan generera en reproducerbar konstgjord signalskillnad, som kunde användas till att optimera ekotiden. Fantomet visade sig också vara lämpligt för rutinmässiga stabilitetsmätningar av olika kamerasystem.},
  author       = {Nilsson, Anders},
  keyword      = {MRI},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Development of a phantom for optimisation and quality control in functional MRI (fMRI)},
  year         = {2006},
}