Ultrasound Processing to Enhance Magnetomotive Ultrasound using Multi-line Acquisition

Abstract

Rectal cancer is a common type of cancer, and the escalating prevalence is correlated to the western lifestyle. Most patients will undergo surgery, where the extent of the surgery correlates with the tumor stage. Determining the spread to neighboring lymph nodes is challenging, as certain evaluation requires biopsy of the resected tissue. Therefore, NanoEcho is currently developing a diagnostic tool, aiming to aid in diagnosing the spread of rectal cancer to rectal regional lymph nodes. This thesis intended to optimize Magnetomotive Ultrasound (MMUS) imaging by creating multiple receive beams for each transmission to produce more input data to the algorithm.

Seven methods were implemented and evaluated using ultrasound data acquired with different transmit focuses on phantoms containing artificial lymph nodes, using low regularization. Three of them, labeled A1, A2 and A5, created separate MMUS images using parallel receive beams, which were averaged to produce the resulting MMUS image. Three other methods, B1, B2 and TB, also created parallel data sets which were processed in the same MMUS algorithm, constructing the final MMUS image. The seventh method, S, used artificial receive datasets in combination with a modified transmission pattern, halving the amount of transmissions. The proposed methods were compared to the baseline MMUS algorithm for research purposes, with two different regularization levels, labeled O-LR and O-HR.

In terms of Signal-to-Clutter (SCR), the result indicates that the average- and S methods helped the algorithm differentiate between MMUS motion and random noise when examining phantom data. Furthermore, the S method seemed to outperform all other techniques in pick-up time, the time after which a stable MMUS signal is recovered after initialization or a sudden movement, as compared to the baseline motion detection algorithm. While both techniques performed promising results, further research is needed to fully evaluate their relevance in NanoEcho’s system.

Popular Abstract (Swedish)

Mer data och tydligare svar: Avancerad ultraljudsteknik med magnetism för bättre cancerdiagnostik

Rektalcancer är ett vanligt förekommande problem som ökar i samhället. För att minska lidande för patienter och eventuell överbehandling finns det vinning i att snabbt och effektivt kunna kartlägga spridningen. Detta arbete har undersökt metoder för att snabbare skapa tydliga bilder av spridningen till närliggande lymfkörtlar.

I dagens samhälle är cancer en sjukdom som drabbar många, och rektalcancer har blivit en allt vanligare diagnos. Ökningen förväntas fortsätta och beror främst på ökad livslängd och de hälsovanor som förekommer idag. Diagnostisering sker med rektoskopi och vävnadsprov följt av MRI för att bedöma spridning och CT för att utesluta spridning till thorax och buk. Om läkarna misstänker att cancern spridit sig till närliggande lymfkörtlar opereras stora delar av rektum bort. Därefter tas prover på den bortopererade vävnaden, vilka visar att ett mindre ingrepp hade varit tillräckligt i många av fallen. Det är därmed intressant att hitta alternativa metoder för att studera spridningen, ställa diagnos och kunna individanpassa behandlingen. Ingen borde behöva genomgå omfattande operationer som drastiskt förändrar livskvaliteten när bättre alternativ kan finnas.

NanoEcho har tagit fram en ny metod som är under klinisk prövning som inkluderar magnetomotoriskt ultraljud, där nanopartiklar används som kontrastmedel, vilka visualiseras med hjälp av ett magnetfält under ultraljudsundersökning. Nanopartiklarnas spridning skiljer sig i sjuka och friska lymfnoder. Genom att skapa bilder av nanopartiklarnas fördelning har man potential att diagnostisera förekomst av metastaser. För att göra en effektiv bedömning är det viktigt att en så bra bild som möjligt genereras snabbt. Därför har detta examensarbetet undersökt hur kvaliteten på bilden av nanopartiklarna kan förbättras.

I projektet skapades tekniker som på de tester som gjordes kunde hitta rörelsen snabbare än dagens metoder, vid jämförande av icke-klinisk data från fantomer. Genom att kolla på insamlad data från olika vinklar kunde alternativa ultraljudsbilder produceras. Detta ökade mängden data och gjorde bilden tydligare. Resultatet tyder på att en kvalitativ bild kan produceras snabbare genom att skapa mer data vid varje ögonblick, vilket har potential till att förbättra diagnosen ytterligare.

Genom att erbjuda skarpa och träffsäkra bilder finns det förhoppningar om att färre ska behöva genomgå stora operationer med livsförändrande konsekvenser, som att leva med stomi resten av livet. En mer individanpassad behandling minskar inte bara lidandet för patienterna, utan frigör även resurser inom sjukvården. Det finns därför en stor vinning i att utveckla metoder som kan erbjuda ett komplement till dagens diagnostisering.

• author: Palmblad, Wilma and Börjesson, Viktor
• supervisor: Tomas Jansson
• organization: Department of Biomedical Engineering
• alternative title: Ultraljudsbehandling för att Förbättra Magnetomotoriskt Ultraljud med hjälp av Parallell Datainsamling
• course: BMEM01 20251
• year: 2025
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• language: English
• additional info: 2025-10
• id: 9197998
• date added to LUP: 2025-06-16 08:20:39
• date last changed: 2025-06-16 08:20:39