Модификация градиентов магнитных полей фазо-частотного кодирования сигналов при магнитно-резонансной визуализации для регуляризации данных

Автор(и)

  • Андрей Вячеславович Нетреба Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Україна
  • Олег Александрович Нагуляк Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Україна
  • Андрей Александрович Комаров Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021060017

Ключові слова:

Магнитно-резонансная томография, ЯМР, градиентное К — пространство магнитного поля, реконструкция, сверхразрешение.

Анотація

Рассмотрена реконструкция томограмм в магнитно-резонансной томографии для различных степеней нестабильности поперечного градиента магнитного поля. Предложен метод минимизации влияния отклонения полученных точек измерений сигнала от регулярных положений на качество реконструированных томограмм. При обработке реальных томографических изображений определены предельные значения параметров нестабильности градиентов поля с учетом возможности их компенсации. Для оценки влияния нестабильности на точность конечных результатов проведена серия многократных процедур формирования сигналов в условиях разного разброса составляющих магнитного поля и последующей реконструкции. Показано, что построение и совместный анализ нескольких томографических распределений для разных углов ориентации системы магнитных градиентов поперечного фазо-частотного кодирования сигнала отклика улучшает структуру диагностических данных. При решении обратной задачи восстановления спиновых распределений получена компенсация искажений вследствие нерегулярности сетки формирования данных путем объединения массива измерений, проведенных при разных условиях. Проведена оценка качественных параметров реконструкции двумерных томографических распределений высокого разрешения в случае измерений сигнала отклика для двух и трех ориентаций его поперечного кодирования.

Біографія автора

Андрей Вячеславович Нетреба, Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко

Факультет радиофизики, электроники и компьютерных систем, кандидат физико-математических наук, доцент

Посилання

O. O. Naguliak, A. V. Netreba, “The influence of the time MR sequence parameters on the diffusion weighted imaging sensitivity,” J. Phys. Stud., vol. 19, no. 1/2, p. 1002, 2015, doi: https://doi.org/10.30970/jps.19.1002.

S. P. M. Crijns, B. W. Raaymakers, J. J. W. Lagendijk, “Real-time correction of magnetic field inhomogeneity-induced image distortions for MRI-guided conventional and proton radiotherapy,” Phys. Med. Biol., vol. 56, no. 1, pp. 289–297, 2011, doi: https://doi.org/10.1088/0031-9155/56/1/017.

M. Espy et al., “Ultra-low-field MRI for the detection of liquid explosives,” Supercond. Sci. Technol., vol. 23, no. 3, p. 034023, 2010, doi: https://doi.org/10.1088/0953-2048/23/3/034023.

R. Ladebeck, D. Martin, S. Schmidt, “Mobile comb. MRI/PET app.,” US Patent US20090043189, 2009.

М. В. Кононов, О. А. Нагуляк, А. В. Нетреба, “Влияние распределения рентгеновского излучения в приемной системе на качество реконструкции в проекционной томографии,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 51, no. 3, pp. 63–66, 2008, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347008030084.

O. O. Naguliak, A. V. Netreba, S. P. Radchenko, O. O. Sudakov, “Increasing of the MR imaging spatial resolution by data estimation in k-space,” in 2017 IEEE 37th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2017, pp. 310–315, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO.2017.7939769.

E. Plenge et al., “Super-resolution methods in MRI: Can they improve the trade-off between resolution, signal-to-noise ratio, and acquisition time?,” Magn. Reson. Med., vol. 68, no. 6, pp. 1983–1993, 2012, doi: https://doi.org/10.1002/mrm.24187.

A. V. Netreba, A. O. Komarov, “Influence of the transverse gradient magnetic fields instability to reconstruction in MR imaging,” in 2017 IEEE International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (YSF), 2017, pp. 139–142, doi: https://doi.org/10.1109/YSF.2017.8126660.

A. Rueda, N. Malpica, E. Romero, “Single-image super-resolution of brain MR images using overcomplete dictionaries,” Med. Image Anal., vol. 17, no. 1, pp. 113–132, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/j.media.2012.09.003.

E. Van Reeth, I. W. K. Tham, C. H. Tan, C. L. Poh, “Super-resolution in magnetic resonance imaging: A review,” Concepts Magn. Reson. Part A, vol. 40A, no. 6, pp. 306–325, 2012, doi: https://doi.org/10.1002/cmr.a.21249.

А. В. Акимов, А. А. Сирота, “Синтез и анализ алгоритмов распознавания цифровых сигналов в условиях деформирующих искажений и аддитивных помех,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 60, no. 10, pp. 592–604, 2017, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347017100041.

Е. Д. Прилепский, Я. Е. Прилепский, “Оценивание оптимального параметра регуляризации восстановления сигнала,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 61, no. 9, pp. 522–535, 2018, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347018090030.

Д. Ю. Голованов, В. И. Парфенов, “Эффективность обнаружения сигнала с неизвестным неэнергетическим параметром с использованием алгоритмов на основе теории Compressive Sensing,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 61, no. 8, pp. 464–475, 2018, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347018080046.

П. Ю. Костенко, В. В. Слободянюк, А. Н. Барсуков, “Скрытность аналитических хаотических сигналов,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 60, no. 3, pp. 166–176, 2017, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347017030050.

В. В. Савченко, “Критерий минимума среднего информационного отклонения для различения случайных сигналов с близкими характеристиками,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 61, no. 9, pp. 536–548, 2018, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347018090042.

Н. Г. Иванушкина et al., “Анализ электрокардиосигналов для формирования диагностических признаков посттравматической миокардиодистрофии,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 60, no. 9, pp. 521–530, 2017, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347017090047.

С. М. Вовк, В. Ф. Борулько, “Определение амплитудных уровней кусочно-постоянного сигнала посредством полиномиальной аппроксимации,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 60, no. 3, pp. 141–153, 2017, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347017030037.

А. А. Колчев, А. Е. Недопекин, “Использование модели смеси вероятностных распределений при обнаружении сигналов радиофизического зондирования,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 8, p. 44, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/s0021347016080057.

Е. В. Сторчун, Е. И. Яковенко, “Анализ характеристик системы регистрации нелокального биомеханического сигнала,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 8, p. 60, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016080070.

В. И. Найденко, “Возбуждение однородной изотропной среды скачком магнитного поля,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 6, p. 55, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016060078.

А. И. Рыбин, А. Д. Мельник, Ю. Х. Нижебецкая, И. А. Сушко, С. Н. Литвинцев, “Классификация одно- и двумерных сигналов методами нормализации и нормального преобразования,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 1, p. 34, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016010027.

В. С. Королюк, Н. И. Портенко, А. В. Скороход, А. Ф. Турбин, Справочник По Теории Вероятностей и Математической Статистике. Москва: Наука, 1985.

C. Debus, R. Floca, D. Nörenberg, A. Abdollahi, M. Ingrisch, “Impact of fitting algorithms on errors of parameter estimates in dynamic contrast-enhanced MRI,” Phys. Med. Biol., vol. 62, no. 24, pp. 9322–9340, 2017, doi: https://doi.org/10.1088/1361-6560/aa8989.

A. O. Komarov, O. O. Naguliak, A. V. Netreba, S. P. Radchenko, O. O. Sudakov, “Compensation of the magnetic gradient instability in MRI by measurements data for several angular orientations,” in 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2018, pp. 355–359, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO.2018.8477435.

Д. И. Леховицкий, “Адаптивные решетчатые фильтры для систем пространственно-временной обработки нестационарных гауссовых процессов,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 61, no. 11, pp. 607–644, 2018, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347018110018.

А. А. Бородин, “Метод сегментации изображений по динамическим спектральным характеристикам,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 1, p. 55, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016010040.

Увеличение размерности по комбинированным томограммам

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-30 — Оновлено 2021-06-30

Як цитувати

Нетреба, А. В., Нагуляк, О. А., & Комаров, А. А. (2021). Модификация градиентов магнитных полей фазо-частотного кодирования сигналов при магнитно-резонансной визуализации для регуляризации данных. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(6), 327–340. https://doi.org/10.20535/S0021347021060017

Номер

Том 64 № 6 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.