Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorVannesjö, Johanna
dc.contributor.authorSchmidt, Annelen Dogger
dc.date.accessioned2022-11-04T18:19:52Z
dc.date.available2022-11-04T18:19:52Z
dc.date.issued2022
dc.identifierno.ntnu:inspera:115378862:37769940
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/3030256
dc.description.abstractMagnetisk susceptibilitet er en egenskap som alle materialer innehar og beskriver materiales tendens til å bli magnetisert når det befinner seg i et magnetisk felt. Den varierende fordelingen av magnetisk susceptibilitet i menneskekroppen frembringer feltforstyrrelser under MR avbildning. Magnetiske feltforstyrrelser er vanligvis sterke og komplekse nærme overflater der en brå endring i magnetisk susceptibilitet forekommer, f.eks. ved luft-vev overflater. Et fullsteding homogent felt er vanskelig å oppnå for in vivo målinger med dagens shimming-teknikk, og de gjenværende feltforstyrrelsene kan frembringe bildeartifakter, primært signaltap og geometriske forvregninger i det rekonstruerte bildet. Feltforstyrrelser grunnet forskjeller i magnetisk susceptibilitet er forsterket i høyfelts MR, da effekten stiger lineært med feltstyrken. Å beregne disse feltforstyrrelsene grunnet en magnetisk susceptibilitetsfordeling kan gi verdifull informasjon som kan brukes i videreutvikling av shimming-teknikken og bruk av sekvensparametere for å minimalisere tilstedeværelsen av bildeartifakter som oppstår grunnet induserte feltforstyrrelser. En Fourier-basert metode ble brukt til å raskt kalkulere de induserte feltforstyrrelsene basert på en spesifikk susceptibilitetsfordeling til et menneskehode. Susceptibilitetsfordelingen for personen som blir avbildet, ble anskaffet gjennom automatisk segmentering av anatomiske bilder, og ved å bruke UTE bilder med høy bein-luft kontrast for videre luftsegmentering. Feltgradienter gjennom bilde-planet (Gz,s) ble kvantisert ved bruk av ikke-lineær minste kvadraters metode. En korrigert funksjon som beskriver signalforløpet hvor tilstedeværelsen av Gz,s er tatt hensyn til, ble brukt som modell i tilpasningen av den eksperimentelle dataen oppnådd fra en multi-ekko gradient-ekko sekvens. Gz,s ble også estimert ved lineær approksimasjon av feltkartet oppnådd ved eksperimentelle målinger og ved bruk av den numeriske modellen. En overbevisende grad av likhet i form, utstrekning og størrelsesorden mellom de simulerte og de eksperimentelt målte frekvensforstyrrelsene ble observert i prefrontal cortex, lokalisert over nesegangene, og bihulene etmoid og sphenoid. Det samme ble observert for kartene over kvantiserte Gz,s verdier. Mangel på luftsegmentering i temporalbeinet, øregangene og deler av nesegangene og etmoid bihulene, forårsaket avvik fra de eksperimentelle målingene i områder av hjernen nærliggende de gitte lufthullene. I tillegg ble det observert betydelige avvik i den nedre og øvre delen av hjernen mellom resultatene av den numeriske modellen, mest sannsynlig på grunn av begrenset kjeve-, nakke- og skuldersegmentering. Den Fourier-baserte metoden ble vist til å kunne gi verdifull informasjon om lokale feltforstyrrelser som finner sted i deler av menneskehjernen under MR avbildning, men noen begrensninger i de oppnådde resultatene gjenstår. Nøyaktigheten av segmenteringstrinnet er for øyeblikket den viktigste begrensende faktoren, men flere tiltak kan bli tatt for å forbedre den oppnådde segmenteringen i fremtiden.
dc.description.abstractMagnetic susceptibility is an intrinsic property of all materials describing its tendency to become magnetized when placed under a magnetic field. The distribution of tissues with different magnetic susceptibility properties within the human body induces field distortions in MRI, which are typically strong and complex adjacent to abrupt susceptibility interfaces, e.g., air-tissue interfaces. The field distortions are hard to remedy with today's shimming technique, and will generate imaging artifacts, primarily signal loss and geometric distortions. The problem of field homogeneity is magnified in high field MR, as susceptibility-induced magnetic field distortions scale linearly with the magnetic field strength, and are a limiting factor for the theoretical gain of various high field MR applications. The ability to achieve accurate subject-specific B0 field inhomogeneity using a numerical model can provide valuable insight for the work to minimize susceptibility artifacts through shimming and sequence optimization. A Fourier-based method was used to rapidly calculate the induced field distortion based on a subject-specific susceptibility distribution of a human head. The subject-specific susceptibility map was attained by automatic segmentation of high-resolution anatomical images and by utilizing the high bone-air contrast of UTE images for further air segmentation. The presence of through-slice field gradients (Gz,s) was also quantified by a non-linear least-squares fit of the experimental data from a multi-echo gradient-recalled echo scan onto a signal decay function corrected for the presence of Gz,s. In addition, Gz,s was quantified by linear fitting of the experimentally measured field maps and the numerically calculated field offset. A striking degree of resemblance in shape, extent, and order of magnitude between the simulated and the experimentally measured frequency offset values, was observed in the prefrontal cortex, located above the nasal cavity, and the ethmoid and sphenoid sinuses. The same was observed for the quantified Gz,s-maps. However, the lack of air segmentation in the temporal bone, tympanic cavity, and parts of the nasal cavity and ethmoid sinuses caused deviations from the experimental measurements in the brain region adjacent to the mentioned air cavities. In addition, significant discrepancies between the numerical model and the experimental measurements were observed at the inferior and superior ends of the brain region, most likely due to the limited jaw, neck, and shoulder segmentation achieved in the subject-specific susceptibility model. The Fourier-based method was proven to give valuable information in regions with locally strong susceptibility-induced field gradients, but some issues remained. The accuracy of the segmentation step is currently the main limiting factor, but several steps can be taken to improve the achieved segmentation in future work.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleModeling Susceptibility-induced Magnetic Field Distortion in the Human Head at 7 Tesla Using a Fourier-based Method
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel