Gating of MR Data Acquisition Using Sensors Without the Need for Fixation to Patient’s Body

Jindřich Brablík

Doctoral thesis

Abstract:

Práce se zaměřuje na synchronizaci spouštění akvizice dat při zobrazování magnetickou rezonancí (MR) na základě monitorování srdeční a respirační aktivity pacienta. V klinické praxi jsou techniky synchronizovaného spouštění akvizice MR dat standardem pro kompenzaci pohybových artefaktů. Tato práce obsahuje podrobný popis technik synchronizace spouštění akvizice MR dat a rozsáhlý přehled klinicky používaných metod monitorování srdečního a dechového cyklu v prostředí MR. Dále je uveden souhrn a seznam výhod a nevýhod klinicky používaných a také alternativních systémů pro monitorování pacienta v MR prostředí. Za účelem vyřešení úskalí u klinicky běžně používaných metod, autor práce představuje systém založený na virtuální instrumentaci využívající pneumatickou metodu pro monitorování pacienta v prostředí MR. Nejprve je představen systém výhradně pro monitorování srdeční činnosti pacienta spolu s adaptivním potlačením akustického a mechanického rušení. Systém je ověřen ve dvou studiích, kde je porovnáván s klinicky používaným systémem monitorování na základě EKG a s různými alternativními systémy. V závěrečné části práce je představen a ověřen nový vícekanálový systém umožňující monitorování srdeční i dechové aktivity.

Abstract:

The thesis focuses on synchronisation of magnetic resonance imaging (MRI) data acquisition based on monitoring of patient’s cardiac and respiratory activity. In clinical practice the synchronization (gating) techniques are a standard for motion artifact compensation. This thesis includes a detailed description of MRI gating techniques and extensive overview of clinically used methods for monitoring of cardiac and respiratory cycle in MR environment. Furthermore a summary, together with list of advantages and disadvantages of clinically used and other alternative systems for MR in-bore patient monitoring, is provided. To solve the common pitfalls of clinically used methods, author presents a virtual instrumentation based system utilizing a pneumatic method for MR in-bore patient monitoring. First, system solely for patient’s cardiac activity monitoring, is introduced, together with adaptive cancellation system for suppression of acoustic and mechanical interference. The system is evaluated in two studies where it is compared with clinically used ECG based monitoring system and a different alternative systems. In final part of the thesis, a novel multi-channel system allowing monitoring of both cardiac and respiratory activity is introduced and evaluated.

Keywords

Zobrazování pomocí magnetické rezonance (MRI), Kompenzace pohybových artefaktů, Srdeční spouštění MR, Dechové spouštění MR, Virtuální instrumentace, Monitorovací systém, Balistokardiografie, Elektrokardiografie, Pokročilé zpracování signálů, Detekce významných bodů signálu, Programovatelné hradlové pole (FPGA)

Keywords

Magnetic resonance imaging, Motion artifacts compensation, Cardiac gating, Respiratory gating, Virtual instrumentation, Monitoring system, Ballistocardiography, Electrocardiography, Advanced signal processing, Peak detection, Field programmable gate array (FPGA)

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 9. 6. 2023
• Supervisor: Petr Bilík
• Reader: Peter Papcun, Jiří Mišurec, Petr Krupa

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Doctoral programme / field:
Elektrotechnika / Technická kybernetika