Methodological improvements in quantitative MRI : Perfusion estimation and partial volume considerations

Abstract: Magnetkameran är en fantastisk medicinsk bildutrustning som kan producera detaljerade bilder av insidan av kroppen. Förutom bilder av vävnaden och dess struktur så kan magnetkameran också användas till att mäta olika egenskaper hos vävnaden. Om en vävnadsegenskap mäts i varje bildpixel så kan den resulterande bilden (parameterkartan) visas och användas för medicinsk bedömning, vilket kallas för kvantitativ magnetresonansavbildning (kvantitativ MRI). Vävnadsegenskaper som vanligtvis mäts inkluderar traditionella MR-parametrar såsom T1, T2 och protontäthet (PD), men även funktionella parametrar såsom vävnadsperfusion, hjärnaktivitet, diffusion och flöde.Kvantitativ MRI kräver kontinuerlig utveckling av nya och förbättrade metoder förinsamling av data (pulssekvenser), för modellering och bearbetning av data, och för att tolka resultaten ur ett medicinskt perspektiv. Denna avhandling beskriver nyutvecklade metoder, specifikt framtagna för att förbättra resultaten inom vissa kvantitativa MRI-tekniker. Mer specifikt så har arbetet fokuserat på förbättrad bearbetning av perfusions-MRI-data samt metoder för att hantera svårigheten med partiella volymer.Konstant inflöde av syre och näring via blodet är avgörande för att vävnaden skafungera. Perfusions-MRI är en teknik för att mäta det regionala inflödet av blod, och perfusionsbilderna kan användas för att utvärdera vävnadens hälsotillstånd. Även om ungefärliga perfusionsvärden kan vara tillräckligt i vissa fall, så kan mer korrekta värden öppna möjligheter för bättre medicinsk forskning och diagnostik. Därför var ett centralt syfte med detta avhandlingsarbete att utvärdera alternativa metoder som kan tillhandahålla mer korrekta perfusionsvärden.Ett sätt att förbättra perfusionsmätningar är att korrigera för den så kallade partialvolymseffekten, det vill säga att begränsad bildupplösning medför att en bildpixel kan innehålla signal från flera olika vävnadstyper. Det betyder att signalen kan vara blandad, och det beräknade perfusionsvärdet motsvarar en blandning av den faktiska perfusionen för de olika vävnadstyperna. Genom att först använda en annan kvantitativ MRI-metod som mäter volymen av varje vävnadstyp i alla pixlar (kallas partialvolymsmätning), så kan partialvolymseffekten korrigeras genom så kallad partialvolymskorrigering.Partialvolymsmätning relaterar även till så kallad MRI-segmentering, vilket betyder att dela upp en bild i olika vävnadstyper. I detta arbete utvärderades och expanderades även en ny metod för partialvolymsmätning och segmentering. Metoden visade sig vara mycket användbar och robust, och samtidigt enkel att använda. En generell beskrivning presenteras i denna avhandling, med förhoppningen att fler forskare ska kunna implementera ochutvärdera metoden och undersöka dess potential i olika applikationer.Sammanfattningsvis presenterar detta arbete förbättringar inom kvantitativ perfusionsMRI, liksom vidareutveckling av en ny metod för partialvolymsmätning. Metodernakommer förhoppningsvis vara värdefulla för medicinska applikationer i framtiden.