Skull attenuation estimation for high-intensity focused ultrasound using zero echo time MRI
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
75
Series
Abstract
Essential and Parkinson’s tremor are among the most common neurological disorders. Magnetic resonance-guided high-intensity focused ultrasound (HIFU) is a minimally invasive surgical procedure that can be used to treat drug-resistant tremor of hands. The high local intensity of focused ultrasound on the brain causes coagulative necrosis, cell death, in the treated intracranial area. In order to estimate ultrasound attenuation and thus, the impact of the skull on treatment outcome, specific skull measurements must be calculated from computed tomography images during the treatment planning. Zero echo time is a relatively novel magnetic resonance sequence which is suitable for imaging tissues with low water content, which typically exhibit low proton density and consequently, very short T2 relaxation times. This Thesis investigates the feasibility of deriving the required skull attenuation measurements from zero echo time magnetic resonance images. A semi-automatic pipeline is developed to calculate the key skull features using signal intensity detection. Zero echo time images are compared with conventional computed tomography scans via medical image analysis and correlation metrics. The developed pipeline achieved high and statistically significant correlation between all acquired key measurements. Based on this analysis and the achieved results, zero echo time images show potential as an alternative to computed tomography scans for obtaining skull attenuation measurements for neuro-HIFU treatment planning. Although zero echo time images exhibit slightly lower image quality, contrast, and accuracy in capturing fine structures compared to computed tomography, they can still reproduce the required attenuation estimates with sufficient detail. The findings of this study support the possibility of zero echo time sequence being validated for clinical use.Essentiaalinen ja Parkinsonin taudin vapina ovat yleisimpiä neurologisia häiriöitä. Magneettikuvausohjattu korkean intensiteetin kohdennettu ultraääni (HIFU) on minimaalisesti invasiivinen kirurginen toimenpide, jota käytetään käsien lääkeresistentin vapinan hoitoon. Aivojen kohdennetun ultraäänen suuri paikallinen intensiteetti aiheuttaa koagulatiivisen nekroosin, solukuoleman, hoidetulla alueella. Jotta voidaan arvioida ultaäänen vaimenemistä ja siten kallon vaikutusta hoitotuloksiin, on laskettava tiettyjä kallon vaimennusominaisuuksia kuvaavia arvoja hoitoa suunniteltaessa. Nollakaikuajan kuvantaminen on suhteellisen uusi magneettiresonanssisekvenssi, joka soveltuu matalan vesipitoisuuden omaavien kudosten kuvantamiseen, joilla on tyypillisesti alhainen protonitiheys ja täten hyvin lyhyet T2-relaksaatioajat. Tässä diplomityössä tutkitaan tarvittavien kallon vaimennusominaisuusarvojen laskemisen mahdollisuutta nollakaikuajan magneettiresonanssikuvista. Nollakaikuajan kuvia verrataan perinteisiin tietokonetomografiakuviin kuva-analyysin ja kehitetyn kallon vaimennusominaisuuksia laskevan puoliautomaattisen algoritmin avulla. Kehitetty menetelmä saavutti korkean ja tilastollisesti merkittävän korrelaation kaikkien laskettujen arvojen välillä. Analyysin ja tulosten perusteella nollakaikuajan kuvat osoittavat potentiaalia vaihtoehtona tietokonetomografiakuville kallon vaimennusominaisuuksien määrittämiseksi neuro-HIFU -hoidon suunnittelussa. Vaikka nollakaikuajan kuvat osoittavat hieman heikompaa kuvanlaatua, kontrastia ja tarkkuutta erityisesti ohuiden rakenteiden tunnistamisessa verrattuna tietokonetomografiakuviin, ne voivat silti toistaa tarvittavat ominaisuudet riittävällä tarkkuudella hoidon suunnittelua varten. Tämän tutkimuksen tulokset tukevat nollakaikuajan magneettiresonanssisekvenssin kliinisen validoinnin mahdollisuutta.Description
Supervisor
Parkkonen, LauriThesis advisor
Sainio, TeijaRäsänen, Lasse