Diffusion tensor magnetic resonance electrical impedance tomography (DT-MREIT) and its expansion to multi-physics multi-contrast magnetic resonance imaging

Difüzyon tensörü manyetik rezonans elektriksel empedans tomografisi (DT-MREET), difüzyon tensör görüntüleme (DTG) ve manyetik rezonans elektriksel empedans tomografisi (MREET) tekniklerini kullanarak düşük frekanslı yön bağımlı iletkenlik dağılımı elde etmek için önerilen yeni görüntüleme yöntemlerinden biridir. DT-MREET, gözenekli bir ortamda iletkenlik ve su kendinden difüzyon tensörleri (C ve D) arasındaki doğrusal ilişkiye dayanır. Öte yandan, akım yoğunluğu dağılımı (J) bilgisi, transkraniyal doğru ve alternatif akım stimülasyonları (tDAS ve tAAS) ve derin beyin stimülasyonu (DBS) gibi birçok tıbbi uygulamada tedavileri optimize etmek ve planlamak için kullanılır. Manyetik rezonans akım yoğunluğu görüntüleme (MRAYG), harici olarak uygulanan akımlar tarafından indüklenen kesitsel manyetik akı yoğunluğu (Bz) ve J dağılımlarını elde etmek için kullanılır. DT-MREET ve MRAYG'nin klinik uygulanabilirliği, büyük ölçüde elde edilen gürültülü Bz ve tahmini J dağılımlarının hassasiyetine bağlıdır. Bu tezde, MRAYG ile klinik olarak kabul edilebilir bir görüntüleme süresinde, nitelikli (yüksek SGO seviyesine sahip) Bz ve J dağılımları elde etmek için uygulanan akım doğrusal olmayan kodlama-çoklu eko-FLASH (ICNE-ME-FLASH) adlı yeni bir darbe dizisi kullanılmıştır. Ayrıca, ilgili darbe dizisi parametrelerinin elde edilen Bz görüntülerinin SGO seviyesi ve toplam görüntüleme süresi üzerindeki birleşik etkisini araştırmak için bir analiz geliştirilmiştir. İstenen SGO seviyesi için minimum toplam görüntüleme süresi veya belirli bir zamanda ulaşılabilen en yüksek SGO seviyesi, önerilen analiz kullanılarak tahmin edilebilir. Ayrıca yapılan analiz, farklı deneysel durumlarda kullanılabilecek, istenen SGO seviyesini yaklaşık aynı görüntüleme süresinde sağlayan farklı dizi parametre setleri (TR, NEX, a) elde etmekte kullanılabilir. Önerilen ICNE-ME-FLASH darbe dizisini kullanarak, I = 200 ve 400 uA akım uygulaması ile 13 dB tahmini SGO'ya sahip Bz dağılımları, sırasıyla, 19 ve 5 dakikadan daha kısa toplam görüntüleme süresinde ölçülebilir. Ayrıca, ICNE-ME-FLASH kullanılarak yapılan MRAYG deneylerinde manyetohidrodinamik (MHD) akış hızının (v) ve gradyanların yoğun kullanımının etkileri ilk kez araştırılmıştır. DT-MREET ile tek bir yönde akım uygulaması ile iletkenlik tensör görüntülerini geri çatmak amacıyla yeni bir geri çatma algoritması tasarlanmıştır. Akım uygulama yönlerinin sayısının bire düşmesi ile toplam görüntüleme süresinin, akım uygulama kablolarının ve kontak elektrotlarının sayılarının da yarıya inmesi sayesinde DT-MREET'nin klinik uygulanabilirliği arttırılmıştır. I = 3 mA akım uygulaması ile iki görüntüleme fantomunun iletkenlik tensör dağılımları, önerilen tek akımlı DT-MREET metodu kullanılarak geri çatılmıştır. DTG ve Bz görüntüleme için toplam görüntüleme süreleri 21 ve 30 dakikadır. İki akım uygulaması ile aynı MRAYG prosedürü iki kat daha uzun sürer. ICNE-ME-FLASH darbe dizisi kullanılarak ölçülen Bz dağılımlarının SGO seviyesi, iki fantom için 36 dB ve 32 dB olarak tahmin edilmiştir. Ayrıca, üç farklı darbe dizisi kullanarak bu çoklu verileri ayrı ayrı elde etmek yerine D, Bz ve v verilerini aynı anda elde etmek için bir çoklu fizik çoklu kontrast darbe dizisi önerilmiş ve uygulanmıştır. Önerilen darbe dizileri, SGO ve toplam görüntüleme süresi analizi ve geri çatma algoritmaları, simüle edilmiş ölçümler ve fiziksel deneyler kullanılarak değerlendirilmiştir. Tüm bu gelişmeler ve önerilen yöntemler, klinik uygulamada akım yoğunluğu ve iletkenlik tensör görüntüleme yöntemlerinin rutin kullanımının önünü açma potansiyeline sahiptir.