DataCollection in MREIT€¦ · IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014 19 Signal and Noise in MREIT...

24
Data Collection in MREIT Eung Je Woo Department of Biomedical Engineering Kyung Hee University [email protected] http://iirc.khu.ac.kr

Transcript of DataCollection in MREIT€¦ · IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014 19 Signal and Noise in MREIT...

  • Data Collection in MREIT

    Eung Je Woo

    Department of Biomedical Engineering

    Kyung Hee University

    [email protected]

    http://iirc.khu.ac.kr

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    2

    Bioelectromagnetism at Low Frequency (Exogenous)

    , 4′, ′| ′| ′

    ⋅ , , 0inΩ, , ⋅ on Ω

    Admittivity

    Voltage

    , , ,

    Magnetic Flux Density

    Current Density

    Injection Current (Exogenous)

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    3

    MREIT( ) ( ) ( )V J r r r 0 3

    '( ) ( ') '4 '

    dv

    r rB r J rr r

    V J B ( ) ( ) 0V r r

    on nV Jn

    J BJ‐ Algorithm

    0

    1( ) ( )

    J r B r

    BzBz‐ Algorithm

    J BzBz‐J AlgorithmJ‐ Algorithm

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    4

    Magnetic Field Imaging using MRI

    B0

    Electrode

    Lead Wire

    ( )( , )( , )( , ) ( , ) x yz c j xm k yn kj B x y Tj x yS m n M x y e e e dxdy

    Joy et al., Mag. Reson. Imag., 1989

    Scott et al., IEEE Trans. Med. Imag., 1991

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    5

    Spin Echo

    RF

    Gp

    TE

    TE/2 TE/2

    t

    t

    t

    90o180o

    t

    Spin Echo

    Gr

    Gs

    tITc2

    Tc1

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    6

    Phase Accumulation in Spin Echo

    t2t

    FIDRF echo signal or spin echo (SE)

    t0 t4t3

    t0 t1 t4t2 t3

    RF 90 RF 180

    t1

    TE/2 TE/2TE

    Extra phase by BzTc1 Extra phase by Bz Tc2

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    7

    Gradient Echo

    ITc

    RF

    Gs

    Gr

    Gp

    °

    t

    t

    t

    t

    GE signal

    t

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    8

    Phase Accumulation in Gradient EchoDephasing gradient pulse

    Rephasing gradient pulse

    t

    FID signal

    Rephased or echo signal        (gradient echo)

    t0 t2 t4t1 t3

    t0 t1 t4t2 t3Extra phase by BzTc

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    9

    Magnetic Flux DensityWe use both positive and negative injection currents.

    Inverse Fourier Transform

    Compute phase and unwrap phase

    k‐space data collection

    Scaling and slice ordering

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    10

    CDI by Subject Rotation

    ),,(1),,(0

    zyxzyx BJ

    B0

    Transversal ImagingSlice for Bz

    Three Coronal ImagingSlice for Bx

    Three Sagittal ImagingSlice for By

    ( , ) ( )( , )( , ) ( , ) q c x yj B x y T j xm k yn kj x yqS m n M x y e e e dxdy

    zyx aaay

    Bxx

    Byx

    Bzz

    Bxz

    Byy

    Bz0

    1

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    11

    Magnetic Field Imaging using MRIWrapped Phase Image

    MRMagnitude Image

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    12

    Magnetic Flux Density ImageHorizontal Injection Current Vertical Injection Current

    -6

    -4

    -2

    0

    2

    4

    6

    x 10-8

    [T]

    2 0zB 2 0zB

    2 0zB 2 0zB

    20 u B

    0 J B

    u J

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    13

    MREIT (Magnetic Resonance Electrical Impedance Tomography)

    Image DataModel(from Data)

    where and

    20 u B0 J B

    20 , ,z

    u uBx y y x

    u J r r r

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    14

    CoReHA (Conductivity Reconstructor using Harmonic Algorithms)

    http://iirc.khu.ac.kr

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    15

    CoReHA (Conductivity Reconstructor using Harmonic Algorithms)Segmentation                                Electrode Modeling                   Meshing and Modeling

    HarmonicInpainting

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    16

    MREIT Image

    1.4 mm 1.8 mm 2.2 mm

    1.7 mm 1.4 mm 1.4 mm

    1.4 mm

    Canine Head Canine Chest Canine Abdomen

    Canine Pelvis Human Leg Human Knee

    Canine Head

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    17

    MRI vs. Conductivity Image

    Right atrioventricularvalve

    Right ventricle

    Ventricular septum

    Left ventricle

    Left atrioventricularvalve

    Cortex

    Medulla Renal pelvis

    Ureter Cortex

    MedullaRenal pelvis

    Ureter

    Peripheral zone

    Urethral crest

    Central zone

    Fibrous connective tissue

    a

    Heart

    Kidney

    Prostate

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    18

    MRI vs. Conductivity Image (Canine Pelvis)

    MR Magnitude Image

    Conductivity Image

    Color‐coded Conductivity Image

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    19

    Signal and Noise in MREIT

    • Strength and Distribution of Signal Bz• Imaging object

    • Shape and size• Conductivity distribution

    • Electrode configuration• Amplitude of injection current, I

    • Noise in Bz• Magnitude image SNR

    • Voxel size and TR/TE• Main magnetic field strength

    • Duration of injection current, Tc• Other MR imaging parameters and pulse sequence

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    20

    Pulse Sequences

    RF

    SliceSelection

    PhaseEncoding

    Reading

    CurrentI

    -I

    Tc

    I

    -I

    0.5Tc 0.5Tc

    Spin Echo (SE) Gradient Echo (GE)

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    21

    Noise Estimate in MREIT

    M

    Z

    M ZRe[Z]

    ReIm

    Im[Z]

    O

    O Add noise:

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    22

    Noise Measurement

    HomogeneousConductivity

    and

  • IIRC, Kyung Hee Univ. May, 2014

    23

    Measured Noise in Bz

    -0.02 -0.01 0 0.01 0.020

    20

    40

    60

    80

    100

    [T/m2]

    3T

    -0.02 -0.01 0 0.01 0.020

    20

    40

    60

    80

    100

    [T/m2]

    11T

    Field Strength [T] 3 11NEX 1 4 1 4

    11.8 22.2 59.6 123

    [nT] 13.9 7.54 2.73 1.32

    [nT] 15.0 6.72 2.91 1.35

    • Conductivity = 0.625 S/m

    • Voxel size = 111 mm3

    • Injection current = 10 mA

    • Pulse width = 16 ms

  • EOD