Optimalizace a evaluace algoritmů pro fitování intravoxel incoherent motion dat z MR snímků mozku

Mgr. Anna Kufová

Diplomová práce

Optimization and evaluation of algorithms for fitting intravoxel incoherent motion data from MR images of brain

Anotace:

V této práci byly analyzovány možnosti IVIM a Kurtosis zobrazování s využitím nástrojů MITK a DIPY (TRR, VarPro). Byly popsány optimalizační metody těchto nástrojů a dále vybrány čtyři algoritmy pro odhady na relevantních datech. Tři z nich byly předdefinované, zatímco čtvrtý algoritmus byl autorkou navržen rozšířením VarPro metody pro IVIM-Kurtosis model. Algoritmy byly aplikovány na simulovaná data a data pacientů FN Brno, jimž byl diagnostikován HGG nebo LGG. Na základě analýzy získaných dat byly vyhodnocovány rozdíly mezi parametry patologií (HGG vs. LGG) a bílé hmoty (wm(HGG) vs. wm(LGG)). Dále byla posuzována závislost přesnosti odhadů jednotlivými algoritmy na volbě b-hodnot a vliv gaussovského šumu. Bylo zjištěno, že MITK a TRR metoda vykazují nedostatky při odhadu perfuzních parametrů a poskytují omezený prostor pro optimalizaci, zatímco VarPro nabízí značný prostor pro další optimalizace.

Abstract:

In this study, the possibilities of IVIM and Kurtosis imaging using MITK and DIPY (TRR, VarPro) tools were analyzed. The optimization methods of these tools were described, and four algorithms for estimates on relevant data were selected. Three of them were predefined, while the fourth algorithm was designed by extending the VarPro method for the IVIM-Kurtosis model. The algorithms were applied to both simulated data and patient data from FN Brno diagnosed with HGG or LGG. Based on the analysis of the obtained data, differences between the parameters of pathologies (HGG vs. LGG) and white matter (wm(HGG) vs. wm(LGG)) were evaluated. Furthermore, the dependence of estimation accuracy on the choice of b-values and the influence of Gaussian noise were assessed for each algorithm. It was found that the MITK and TRR methods exhibit shortcomings in estimating perfusion parameters and offer limited scope for optimization, while VarPro provides considerable potential for further optimization.

Klíčová slova

magnetická rezonance, difuzní zobrazení, perfuzní zobrazení, IVIM, datová analýza, optimalizace, DIPY, VarPro, MITK, MR mozku, gliom, magnetic resonance imaging, diffusion imaging, perfusion imaging, data analysis, optimalization, brain MRI, glioma

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 5. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 14. 6. 2023
• Vedoucí: Mgr. Ing. Marek Dostál, Ph.D.
• Oponent: doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Radiologická fyzika / Radiologická fyzika