13-18 September 2019
Kraków
Europe/Warsaw timezone

Obrazowanie optyczne i tomografia rezonansowa (MRI): historia bliskich związków

16 Sep 2019, 09:40
40m
ZAPROSZONY wykład plenarny Zaproszony wykład plenarny (P) Plenarna

Speaker

Franciszek Hennel (Institute for Biomedical Engineering, ETH and University of Zurich)

Description

Istotny wpływ na rozwój tomografii rezonansowej, czy też MRI (magnetic resonance imaging), jednej z wielkich success stories fizyki XX wieku, miały analogie optyczne. Wynalazcy MRI zauważyli paradoks, że technika posługująca się sygnałem w przedziale megaherzów, a więc dlugością fali rzędu metrów lokalizuje obiekty milimetrowe, znacznie poniżej znanej w optyce granicy dyfrakcyjnej. Rozwiązano go przyjmując, iż „dyfrakcja rezonansowa” dotyczy nie fali radiowej, a modulacji spinów spowodowanej precesjią w gradiencie pola, której długość fali zagdza się z rozdzielczością obrazu. Ten pochodzący z optyki formalizm został doprecyzowany w latach 80-tych i przyczynił się do nagłego skoku w technologii MRI. W jego ujęciu transofrmata Fouriera obrazu próbkowana jest wzdłuż trajektorii w „przestrzeni k” z prędkością daną przez gradient pola. Podczas gdy typowy „radiologiczny” obraz oblicza się z kilkuset odcinków mierzonych po kolejnych pobudzeniach zrelaksowanych spinów, co trwa minuty, nowe systemy gradientowe i zoptymalizowane trajektorie uzyskują obraz z jednym wzbudzeniem w kilka milisekund.

Kolejna inspiracja dla MRI dotarła z optyki w związku ze spektakularnym rozwojem mikroskopii nadrozdzielczej uwieńczonym nagrodą Nobla w roku 2014. Metody takie jak SIM (structured illumination microscopy) pozwoliły zobaczyć detale mniejsze od długości fali świetlnej dzięki modulacji obiektu (np. przez oświetlenie falą stojącą), która sprawia, że normalnie niedostępne częstotliwości przestrzenne przechodzą przez pasmo systemu optycznego. Choć MRI nie ma w zasadzie limitu dyfrakcyjnego (używając wielu trajektorii można sięgnąć dowolnie daleko w przestrzeń k), istnieją zastosowania, gdzie skan musi się odbyć na jednym sygnale z powodu niestabilnej fazy. Należy do nich DTI (diffusion tensor imaging) – technika MRI pozwalająca odtworzyć przebieg połączeń mózgowych (tzw. konektom) poprzez pomiar dyfuzji wody. Tradycyjne DTI skazane jest na użycie pojedyńczych trajektorii i zwiazną z tym granicę rozdzielczości podobną do optycznej. Zapożyczona z optyki strategia „strukturalnego oświetlenia”, które w MRI przybiera formę harmonicznego nasycenia spinów przed pobudzeniem warstwy (tzw. tagging), pozwala obliczyć sygnał poza obszarem trajektorii i znacznie zwiększyć rozdzielczość obrazu.

Referat będzie zawierał wprowadzenie do tomografii rezonansowej oparte na analogii dyfrakcyjnej, dyskusję granicy rozdzielczości w optyce i MRI, a także przegląd nowych wyników super-resolution MRI.

Primary author

Franciszek Hennel (Institute for Biomedical Engineering, ETH and University of Zurich)

Presentation Materials

There are no materials yet.
Your browser is out of date!

Update your browser to view this website correctly. Update my browser now

×