Enhancement Gradient Pulse Waveforms in MR Tomography

Abstract-The magnetic resonance (MR) imaging techniques of tomography and spectroscopy are exploited in many applications. For the MR instruments to function properly it is necessary to maintain a high quality of homogeneity of the fundamental magnetic field. The pre-emphasis compensation of the generated gradient field increases the homogeneity of the generated magnetic field and reduces the minimum switching times of the gradients. This enables measuring the MR images of incisions in the human body, the relaxation properties of nuclei, self-diffusion processes, flows of liquids and movements of solids faster and more accurately

Measurement of gradient magnetic field decay in MR tomograph

Cílem této práce je proměřit doběhy gradientů magnetického pole v MR tomografu, naměřená data zpracovat a vyhodnotit a provést rozbor dané problematiky. Teoretická část je zaměřena na příčiny vzniku tvarového zkreslení průběhu gradientu, které má negativní vliv na NMR měřící techniky a zabývá se možnostmi potlačení těchto nežádoucích jevů, především eliminací pomocí preemfázové filtrace. Dále je vytvořen přehled metod měření gradientního magnetického pole. V praktické části jsou pomocí metody okamžitého kmitočtu na tomografu Ústavu přístrojové techniky Akademie věd v Brně naměřeny doběhy gradientů magnetického pole s využitím a bez využití preemfázové kompenzace. Výsledné průběhy jsou zpracovány v programech MAREVISI a MATLAB. V programu MATLAB je vyvinuta moderní metoda filtrace pro potlačení šumu z užitečného signálu vedoucí k přesnějšímu měření MR magnetických polí. Tato filtrace využívá metody odhadu časově proměnných prahů a dvoukanálových bank filtrů. Dále je v prostředí MATLAB vytvořen program pro aproximaci naměřených doběhů gradientního magnetického pole. Doběhy je nutné aproximovat pro získání časových konstant a míry exponenciálního poklesu, které slouží pro nastavení preemfázové kompenzace.The objective of my thesis is to measure magnetic field gradient decay in an MR tomograph, process and evaluate the data measured and analyse the issue. The theoretical section focuses on the reasons for the gradient distortion which has a negative impact on NMR measuring techniques and it also describes options to eliminate the negative effects, focusing mainly on pre-emphasis filtration. It also lists methods of gradient magnetic field measuring. The practical section contains results of magnetic field decay measurements taken with the tomograph in the Institute of scientific instruments of the Academy of sciences in Brno using the method of instantaneous frequency with and without pre-emphasis compensation. The data are processed with MAREVISI and MATLAB programmes. MATLAB is used to develop a modern method of filtration to eliminate noise in useful signal leading to more accurate measurements of MR magnetic fields. This filtration uses a method of time-dependent variable thresholds and two-channel filter banks. MATLAB is also used to design a programme for approximation of the measured gradient magnetic field decay. The decay must be approximated in order to obtain time constants and the degree of exponential decay, which serve to set up the pre-emphasis compensation.

Filtering methods for MR images processing

Diplomová práce pojednává o vlnkové transformaci a její možné aplikaci v metodách odstraňujících šum ze signálu a obrazu. Je popsána problematika důležitých parametrů (druh vlnky, volba prahovací techniky, velikost prahů a volba úrovně rozkladu), které je nutné nastavovat pro úspěšné odstranění šumu z obrazu. Dále je popsána spojitost mezi vlnkovou transformací a bankami číslicových filtrů, které se využívají v metodách protišumové a subpásmové filtrace. Část diplomové práce je zaměřena také na popis principu nukleární magnetické rezonance, kterou jsou sejmuté snímky čelistních kloubů určené pro zpracování v diplomové práci. V experimentální části diplomové práce jsou popsány filtrační metody pro odstranění složek šumu ze snímků čelistního kloubu snímaného technikou nukleární magnetické rezonance. Jedná se tedy o filtrační metodu zkvalitňující původní snímky čelistního kloubu. Aplikace filtrační metody lékaři usnadňuje výsledné vyhodnocení zdravotního stavu pacienta. Testovány byly různé druhy vlnek a také rozdílné postupy aplikace filtrační metody. Výsledky filtračních metod byly posuzovány visuálně, protože snímky jsou určeny pro vizuální vyhodnocování zdravotního stavu lékařem a tedy jakékoliv technické prostředky pro posouzení kvality filtrační metody by nemuseli být rozhodující. Zvolit snímek s nejlépe odstraněným šumem je otázkou zrakových schopností lékaře. Pouze lékař přesně ví, kterou oblast na snímku vyhodnocuje, a který snímek mu nejlépe poskytuje potřebné informace tak, aby správně klasifikoval zdravotní stav pacienta.This master´s thesis deals with wavelet transformation and its signal and image noise reduction application method. Significant parameters problems as a wavelet type, a threshold technique selection, a threshold level and a level analysis selection for successful signal and noise image filtering are described. A relation between wavelet transformation and digital bank filter is used by anti-noise and sub-bandwidth filtration. A part of the master´s thesis is focused on nuclear magnetic resonation, where jaw-joint image is processed. Jaw joint image noise reduction filtration methods are used in experimental part of the master´s thesis. Consequently, filtration methods improve a jaw joint image quality, which helps a doctor with patient health state condition. Different types of wavelets were tested and in different application methods order. Filtration methods results were visually compared; therefore any conclusion comparison has subjective matter. Accordingly, only doctor is able to resolve which filtration method is convenient to use to determine patient health state.