Göm menyn

MRS

Absolutkvantifiering av MR-signaler(QMRS):Hur man använder magnetkamera för snabb och exakt koncentrationsbestämning

Kontaktperson: Peter Lundberg (fysik)

Magnetresonansspektroskopi (MRS) är en metod för icke-förstörande provtagning av metabolismen i vävnad (icke-förstörande provtagning eller biopsi) i magnetkameror. Fördelen med en sådan teknik är att mätningarna kan upprepas hur många gånger som helst för att mäta mångdimensionella dynamiska metabola förlopp, eller för att mäta samma vävnad vid upprepade tillfällen, till exempel för att följa upp en behandling av en MS-patient. Mätningarna skulle kunna göras kvantitativt vilket innebär att kon-centrationerna mäts i fysikaliskt väldefinierade enheter (mM/L). Absoluta kvantitativa mätningar av metabolitkoncentrationer är särskilt värdefulla inom diagnostik och te-rapi eftersom absoluta koncentrationer kan jämföras mellan olika mättillfällen och mellan mätningar i olika magnetkameror. Ett problem är emellertid att magnetkameror av olika skäl inte är konstruerade att ge signaler som är direkt proportionella mot koncentrationerna. Det innebär att det inte är trivialt att från analys av mätresultaten direkt beräkna de absoluta metabolitkoncentrationerna. Det är inte desto mindre mycket värdefullt. Det finns därmed ett stort behov av att kunna snabba upp absolut-kvantifieringen högst väsentligt för att metoderna skall kunna användas kliniskt i stor omfattning och även för att möjliggöra grundforskning av metabolismen i hjärnan.
Inom ramen för detta projekt utvecklas ett antal metoder som leder till snabbare abso-lutkvantifiering av metabolitkoncentrationer. Det innebär bland annat utveckling, va-lidering och applikation av en serie sekvenser för att mäta T1, T2(*) och protondensi-tet (QRAP) snabbt. Denna leder till att absoluta koncentrationer av ett stort antal me-taboliter kan erhållas utan tidsödande kalibreringar och samtidigt kan man erhålla morfologisk information som inte kan erhållas på något annat sätt. Det betyder att me-toderna kommer att lämpa sig i ett kliniskt sammanhang - och även för grundforsk-ning. Metoderna är således inte begränsade till att göra kvantitativa mätningar av hjärnmetabolism, utan är även lämpade för klassificering av olika vävnadstyper (vit och grå hjärnsubstans, CSF, etc), samt för beräkning av magnetresonansbilder med olika viktning (‘syntetisk MR’) och för fMRI.

Protonmagnetresonansspektroskopi (H-1 QMRS): Multipel scleros (MS), Kleine-Levins Syndrom(KLS) och normaltryckshydrocephalus (NPH)

Kontaktperson: Peter Lundberg (fysik)

MS är en neurodegenerativ sjukdom vars förlopp innebär en livslång nedbrytande pro-cess i hjärnan med ett alltmer handikappande resultat. Den metabola bakgrunden till sjukdomen är obekant och den behandling som ges är i regel sådan som endast förmår att retardera eller bromsa sjukdomsförloppet. Förbättrade metoder för att mycket tidigt diagnosticera sjukdomen, liksom metoder för att icke-invasivt följa effekten av behand-ling är därför mycket angelägna. Dessutom är det angeläget att vidare utröna sjukdo-mens orsaker. Vi arbetar med att utveckla förfinad icke-invasiv diagnostik som förmår att detektera knappt förnimbara morfologiska och metabola förändringar i hjärnan. Me-toderna kommer även till användning inom projektet för undersökning av andra neuro-logiska sjukdomar såsom KLS och NPH.

Quantitative abdominal fat estimation using qMRI

Kontaktperson: Peter Lundberg (fysik)

Fetma är idag ett stort problem bland stora delar av jordens befolkning; mer än 50% av vuxna i USA lider av bukfetma enligt en undersökning nyligen. Det anses allmänt att den dystra prognosen för dessa personer är relaterade till stora mängder av fett i buken. För att kunna studera sådana effekter utvcklar vi metoder för att kunna mäta sammansättningen på abdominellt fett från MR-bilder. Metodiken skiljer på tre olika typer av fett: underhudsfett, fett kring de inre organen i buken samt övriga interna fettdepåer.

Metodutvecklingen fokuserar på metoder för automatisk kvantifiering av de tre olika typerna av fett från MR-bilder med hjälp av two-point Dixon teknik i bukregionen. Metodiken involverar bland annat 3D fasupplösta fett och vattenbilder, en intensitetsinhomogenitetskorrektion, samt en bildbaserad registrering och segmentering av vävnaden. Detta följs av en kvantitativ summering av de olika fettvävnaderna så att problem med områden som innehåller blandningar av fett och vatten undviks. Metoderna automatiseras för att minimera operatörsberoendet, något som skiljer detta projekt från de flesta andra som kräver ett stort mått av interaktivitet. Metoderna är dessutom unika genom att fettmängden i olika delar av vävnaden kvantifieras på ett mera exakt sätt än vad som är normalt.
Obesity is today a growing problem in many parts of the world; more than 50 % of the adults in the US suffered according to a recent investigation from abdominal obesity. It is generally considered that the unfavorable prognosis in sedentary subjects with abdominal obesity is due to large amounts of intra-abdominal fat. In order to study such effects, we have developed a novel method for quantitatively measuring the abdominal fat composition from MR images. The method measures three different types of fat: subcutaneous, visceral and non-visceral internal.
This project involves developments of methods for automatic quantification of subcutaneous, visceral and non-visceral internal fat from MR-images acquired using the two point Dixon technique in the abdominal region. Our method includes (1) a three dimensional phase unwrapping to provide water and fat images, (2) an image intensity inhomogeneity correction, and (3) a morphon based registration and segmentation of the tissue. This is followed by an integration of the corrected fat images within the different fat compartments that avoids the partial volume effects associated with traditional fat segmentation methods.
In order to avoid operator dependence and extensive manual work, thereby enabling larger studies, the method is fully automated. This distinguishes it from most pre-viously developed methods. Furthermore, the method will be able to quantitatively measure the fat content in each individual voxel in order to avoid partial volume effects. The method we are developing consists of a number of different steps: Phase correction of two point Dixon images, intensity inhomogeneity compensation and segmentation of the different types of fat.

Icke-invasiv lever-biopsi (NILB): Hur man använder magnetkamera för snabb undersökning av ämnesomsättningen i lever (qMRS och qMRI)

Kontaktperson: Peter Lundberg (fysik)

Undersökningar av patienter med abnormala leverprover är mycket vanliga i kliniska sammanhang. I de flesta fall kan man emellertid inte finna någon orsak till sjukdomen med hjälp av den diagnostik som står till buds. Det enda som återstår är då att ta en biopsi av levern, dvs att ta ett prov av levervävnaden med hjälp av en nål. Genom vår tidigare forskning kring leversjukdom vet vi att diagnosen leversjukdom kommer att öka. Därför finns det ett alltmer ökande behov av att utveckla icke-förstörande sätt att göra diagnostiken säkrare. En sådan metod är absolutkvantifierad magnetresonans såsom beskrivits i annat sammanhang. Denna metodik kommer att göra diagnostiken av leversjukdom mycket säkrare och enklare och betydligt mindre riskfylld för patienten. Vi arbetar med metoder för en kvantitativ och icke-invasiv leverbiopsi (NILB) med hjälp av qMRI, CE-MRI, H-1 MRS och P-31 MRS.
 

fMRI

 

3D fMRI: Hur man använder magnetkamera för snabb 3D undersökning av hjärnans funktion

Kontaktperson: Peter Lundberg (fysik)

Varje funktion har en mer eller mindre väl definierad lokalisation i hjärnan. Även om mönstret i huvudsak är detsamma för alla människor finns det dock mindre, individuella variationer. Vid neurala sjukdomar som t ex tumörer, kan också en viss reorganisation ske. Det betyder att det vid operation av hjärntumörer är av yttersta vikt att före opera-tionen kartlägga vilka funktioner som är lokaliserade intill tumören för att ingreppet skall kunna göras utan alltför stor skada. Funktionell magnetresonanstomografi (fMRI) är en metod för en sådan kartläggning av hjärnans funktioner. Detta projekt syftar till att förbättra metoder och applikationer av fMRI med inriktning mot förbättrad pre-operativ bedömning av patienter med hjärntumörer.
Det vanligaste metoden för att undersöka hjärnans funktion är att patienten får genom-föra uppgifter, antingen passiva såsom att se grafiska mönster eller lyssna på ljud, eller aktiva som kräver att patienten aktivt måste svara på varje enskild uppgift till exempel att tänka på vissa ord. Samtidigt med detta används magnetkameran till att samla in bil-der av patientens hjärna.
Det nästan universella sättet på vilket denna insamling sker är genom att samla in så många enskilda bilder som möjligt på så kort tid som möjligt (i storleksordningen 2 s). Dessa snitt är tvådimensionella, dvs vanliga bilder. Ett annat och betydligt bättre sätt är att använda metoder för 3D-insamling av fMRI data. Det betyder att bilderna samlas på en gång som en hel volym (tredimensionell bildtagning). Det innebär således att voly-men inte behöver ‘snittas’ upp vilket medför att de artefakter som orsakas av en sådan snittning inte uppstår. Dessutom tas hela volymen vid en tidpunkt istället för att olika delar av volymen tas vid specifikt olika tidpunkter.
En annan fördel med insamling av volymen istället för enskilda snitt är att man kan sam-la in data från volymen på ett mera effektivt sätt som är tidsbesparande vilket ger stora tidsvinster som kan omsättas i bättre tidsupplösning, dvs bättre avbildning av hjärnans funktion. Alternativt kan tidsvinsten användas till förbättrad volymtäckning eller bättre spatiell upplösning (detaljrikedom i bilderna).

Uvärdering av olika fMRI-insamlings och ut-värderingsmetoder

Kontaktperson: Peter Lundberg (fysik)

Resultatet av fMRI-undersökningar är mycket beroende av kvaliteten på det insamlade bildmaterialet. För att erhålla en aktiveringskarta görs en statistisk analys av en serie av bilder insamlade under perioder av både aktivitet och en kontrolluppgift. Det finns en mängd olika alternativ att beakta när en fMRI data skall samlas in; 2D eller 3D insamling, spin-eko eller gradient-eko, skall parallell imaging användas, och så vidare. I detta projekt jämförs 2D och 3D data insamling, både med och utan parallell imaging. Bildtag-ningssekvenserna utvärderas dels genom att deras signalegenskaper kvantifieras, ex-empelvis genom att bestämma signal-till-brus förhållanden och genom att extrahera amplituden av de signalförändringar som induceras av neuronal aktivitet. Vidare utvecklar vi granskningsmetoder för att utvärdera eventuella skillnader i diagnostiskt värde hos de erhållna aktiveringsbilderna.fMRI2

Bestämning av språklateralisering med hjälp av fMRI

Kontaktperson: Peter Lundberg (fysik)

Personer som drabbas av störningar i sin språkfunktionen upplever det som mycket handikappande. Inför vissa typer av kirurgiska ingrepp i hjärnan, exempelvis resektion av epileptiska centra, är det därför angeläget att känna till vilken hemisfär som är domi-nant för språkfunktion för att reducera risken att patienten drabbas av bestående språkstörningar efter operationen. Det är då lämpligt att göra en fMRI-undersökning för att kartlägga patientens språkfunktion i hjärnans kortex. Utifrån den erhållna aktive-ringskartan är det sedan möjligt att avgöra vilken hemisfär som är språkdominant. I det-ta projekt utvärderar vi olika språkliga tester, såsom ordgenerering och slutföra en me-ning, för att bestämma språkdominans med hjälp av fMRI. Dessa resultat jämförs också med resultat från dikotisk lyssning, en annan metod för att utvärdera språkdomonans. Tillsammans ger dessa metoder en bra bild av patientens språkfunktion.

Peter Lundberg, Avd för radiologiska vetenskaper
Namn: Peter Lundberg
Befattning: Adjungerad professor, PhD
Institution: IMH
Avdelning: Radiologiska vetenskaper


Utbildning/akademisk examen: 
Professor 2007 i Magnetresonansfysik
Docent 1996 i In vivo magnetresonans
PhD (Calgary, Canada) 1989
Tekn Lic (Lund, Sweden) 1985
Civ ing (Lund, Sweden) 1983



KONTAKT


Telefon: 010-103 27 90
E-post: peter.lundberg@liu.se
Fax: 010-103 27 92

Besöksadress:
Universitetssjukhuset
MR-enheten, plan 10

Postadress:
Linköpings universitet
Peter Lundberg
MR-enheten
Radiologi
Institutionen för medicin och hälsa
581 85 Linköping


Forskning medicinsk bildvetenskap
Medicinsk forskning


Sidansvarig: sandra.malmstrom@liu.se
Senast uppdaterad: 2014-08-14