Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Tato doktorská práce se zabývá problematikou kvantitativní analýzy pomocí MRI a použití exogenní kontrastní látky. Jedná se o dvě metody, Dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) a Dynamic susceptibility contrast MRI (DSC-MRI), které jsou většinou zpracovávány samostatně. Jedná se o unikátní metody, které poskytují cenné informace, avšak nejsou odbornou veřejností dostatečně přijímány kvůli nespolehlivosti odhadů parametrů a nejsou tak běžně používány ve vyšetřovacích protokolech. Tato dizertační práce si klade za cíl zlepšit spolehlivost metody DCE a odhady parametrů DSC. Práce se zejména zaměřuje na řešení problému kvantifikace při extravazaci kontrastní látky v DSC analýze a dále na nestabilitu DCE odhadů v případě použití pokročilých DCE farmakokinetických modelů s větším počtem parametrů. S použitím nových přístupů zpracování z literatury pro zpracování simultánně měřených DCE a DSC dat je možno odhadnout nové parametry vyšetřované tkáně - relaxivitu vaskulárního a intersticiálního prostoru. Pro tuto metodiku byl původně použit 2CXM model. V této práci je tato metodika testována s dalšími typy modelů, přičemž je kladen důraz na jejich spolehlivost v rámci spojení DCE a DSC. Bylo zjištěno, že model ATH je pro tento účel vhodnější než 2CXM. Metoda byla rozšířena o alternující dekonvoluci a dále na plně simultánní DCE-DSC odhad. Algoritmus byl testován na umělých a reálných datech. Výsledky analýz ukazují, že navržený dekonvoluční postup zlepšuje přesnost odhadu jak DCE, tak i DSC parametrů v porovnání se sekvenčním odhadem a zvyšuje tak významně potenciál a spolehlivost DCE a DSC metod.This dissertation deals with quantitative perfusion analysis of MRI contrast-enhanced image time sequences. It focuses on two so far separately used methods -- Dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) and Dynamic susceptibility contrast MRI (DSC-MRI). The common problem of such perfusion analyses is the unreliability of perfusion parameters estimation. This penalizes usage of these unique techniques on a regular basis. The presented methods are intended to improve these drawbacks, especially the problems with quantification in DSC in case of contrast agent extravasation and instability of the deconvolution process in DCE using advanced pharmacokinetic models. There are a few approaches in literature combining DCE and DSC to estimate new parameters of the examined tissue, namely the relaxivity of the vascular and of the interstitial space. Originally, in this scheme, the 2CXM DCE model was used. Here various models for DCE analysis are tested keeping in mind the DCE-DSC combination. The ATH model was found to perform better in this setting compared to 2CXM. Finally, the ATH model was used in alternating DCE-DSC optimization algorithm and then in a truly fully simultaneous DCE-DSC. The processing was tested using simulated and in-vivo data. According to the results, the proposed simultaneous algorithm performs better in comparison with sequential DCE-DSC, unleashing full potential of perfusion analysis using MRI.
