Spectramosaic: nástroj pro interaktivní vizuální analýzu spektroskopických dat z magnetické rezonance

Bc. Jakub Vašíček

Master's thesis

Spectramosaic: an exploratory tool for the interactive visual analysis of magnetic resonance spectroscopy data

Abstract:

Spektroskopie magnetické rezonance (MRS) je metoda, která umožňuje neinvazivní analýzu chemického složení tkáně mozku. Dosud však nebyl k dispozici žádný vizualizační nástroj, který by umožnil interaktivní analýzu těchto dat včetně srovnání různých vzorků a zachycení variance v poměrech koncentrace metabolitů. Tímto problémem se zabýval výzkumný tým vedený Laurou Garrison na University of Bergen ve spolupráci s Mohn Medical Imaging and Visualization Centre (MMIV), který se zaměřuje na vývoj nástroje umožňujícího intuitivní a interaktivní vizuální analýzu poměrů koncentrací metabolitů ve spektroskopických datech pro klinické a výzkumné studie. Tato diplomová práce byla vypracována jako součást této výzkumné iniciativy. Cílem práce bylo na základě předem připravených prototypů designu a uživatelského rozhraní navrhnout a implementovat funkční aplikaci. Jednalo se především o volbu vhodných technologií, navržení vhodných postupů algoritmizace a drobných změn v designu, a implementaci samotné aplikace. Výsledná aplikace byla využita pro validaci zvolených způsobů vizualizace dat a designu aplikace, a navržení možných změn a dalších funkcí pro budoucí vývoj projektu. Zpětnou vazbu poskytli tři odborníci z prostředí klinického výzkumu, podle kterých navržený systém splňuje svůj účel. Tento projekt byl prezentován v rámci 9. EG Workshop on Visual Computing for Biology and Medicine v září 2019 v Brně.

Abstract:

Magnetic resonance spectroscopy is a promising method that allows a noninvasive analysis of the chemical environment of the brain. However, a visualization tool that would support an interactive visual analysis of such data, including comparison of different samples and capturing variance in ratios of tissue metabolites, was not available so far. Therefore, this problem was addressed by the research team led by Laura Garrison at the University of Bergen and Mohn Medical Imaging and Visualization Centre (MMIV), which focuses on developing a tool allowing intuitive and interactive exploration of tissue metabolite concentration ratios in spectroscopy clinical and research studies. This thesis has been conducted as a part of this research initiative. Based on the already created prototypes of visual design and user interface, the goal of this thesis is to transfer these sketches into a working tool. This includes the tasks of selecting suitable technologies, proposing subtle design changes and procedures of algorithmization, and implementing the application. The result was used to validate design choices and propose changes and additional features for future development of this project. Feedback on this application was given by three domain experts from the hospital research environment, who confirmed the efficacy of the system. The project was presented at the 9th EG Workshop on Visual Computing for Biology and Medicine in September 2019 in Brno.

Keywords

visual analysis, interactive visualization, medical visualization, data exploration, magnetic resonance spectroscopy, application design and implementation, p5.js

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 5. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 19. 6. 2020
• Supervisor: doc. RNDr. Barbora Kozlíková, Ph.D.
• Reader: RNDr. Jan Byška, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Informatics / Computer Graphics