Manyetik rezonans görüntüleme (MRG), yumuşak dokuların yüksek çözünürlük ve kontrast ile invazif olmayan şekilde görüntülenmesini sağlayan bir görüntüleme yöntemidir. İyonlaştırıcı olmayan radyasyon kullanılması sebebiyle vücuda bilinen bir zararı yoktur ve sürekli olarak tekrarlanabilmektedir. MR tarayıcısı öncelikle ilgilenilen bölgedeki protonları manyetize etmekte, ardından bu manyetizasyonunun oluşturduğu sinyali ölçmektedir. Alınan sinyallerden dokunun kimyasal yapısı, dokunun tipi, kan akış hızı, beyindeki nöronların aktivasyonu gibi çok farklı bilgiler çıkarılabilmektedir.
Çok farklı kullanım alanlarına sahip olmasına rağmen, yüksek çözünürlüklü MR görüntüleri elde etmek için uzun tarama sürelerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu süreyi kısaltmak için birden çok almaç bobininin birlikte kullanılması ile paralel görüntüleme yapılabilmektedir. Ancak bu teknolojinin kullanımına rağmen istenilen sekanslarda veri toplamak çoğunlukla 20 dakikayı geçmektedir. Bu süre boyunca hastanın MR tarayıcısı içerisinde sabit bir şekilde durması gerekmektedir. Bu sırada görüntülenmek istenen bölge taranmaktadır. Tarama işlemi hızlı yapıldığında düşük çözünürlüklü görüntü elde edilmektedir. Bu sebeple, kısa tarama zamanında yüksek çözünürlüklü görüntü elde edebilmek amacıyla sıkıştırılmış algılama denilen bir sinyal işleme yöntemi kullanılmaya başlanmıştır.
Sıkıştırılmış algılama, ilk olarak 2005 yılında ortaya atılan ve sıkıştırılabilir sinyallerin az miktarda veriden geri-çatımını sağlayan bir sinyal işleme tekniğidir1. Doğal sinyaller, çoğunlukla sıkıştırılabilir olmaktadır. Örneğin fotoğraf makineleri, çekilen fotoğrafları sıkıştırarak kayıt etmektedir. 16 megapiksellik bir fotoğraf makinesi ile bir fotoğraf çekildiğinde, renkli olarak çekilen görüntünün sensörü 48 milyon bayt, yani 48 megabaytlık veri üretmektedir, ancak bu görüntü sıkıştırılarak ortalama 3 megabayt boyutuna indirgenebilmekte ve bu şekilde kayıt edilebilmektedir. Sıkıştırılmış algılama, görüntüleme problemine klasik bakış açısından farklı bir şekilde yaklaşarak, 48 milyon adet sensör yerine 3 milyon mertebesinde sensör kullanarak orijinal görüntüyü oluşturmaya çalışmaktadır. Manyetik Rezonans Görüntüleri de bu bağlamda klasik görüntülerden çok farklı değildir. Bu durumda, 20 dakikalık bir tarama sonucunda elde edilen görüntüdeki bilgi, çok daha kısa süreli bir tarama sonucunda da elde edilebileceği söylenebilir.
Sıkıştırılmış algılamanın ilk MRG uygulaması 2007 yılında yapılmıştır 2. Bu uygulama, paralel görüntüleme kullanılmadığında normalde gerekenden 4 kat daha kısa sürede benzer kalitede görüntülerin oluşturulabileceğini göstermiştir. Ancak sıkıştırılmış algılama algoritmasının görüntü oluşturması için gerekli süre, dakikalar mertebesinin üzerinde olmaktadır. Ayrıca algoritmadaki sıkıştırılabilirlik varsayımı görüntü kalitesini doğrudan etkilemektedir. Daha hızlı çalışan ve daha kaliteli görüntüler üreten algoritmalar dünyada hala açık bir problem olarak tanımlanmaktadır.
Güncel olarak Philips, Siemens gibi MR tarayıcısı üreticileri temel sıkıştırılmış algılama algoritmalarını yeni tarayıcıları ile birlikte vermeye başlamıştır. Ancak bu konudaki araştırma-geliştirme çalışmaları bütün dünyada devam etmektedir.
ASELSAN’da Hızlandırılmış Manyetik Rezonans Görüntüleme
ASELSAN Araştırma Merkezi’nde, 2015 – 2018 yılları arasında Bilkent Üniversitesi Ulusal Manyetik Rezonans Araştırma Merkezi (UMRAM) işbirliği ile hızlandırılmış sıkıştırılmış algılayıcı görüntüleme algoritmaları geliştirme çalışmaları yürütülmüştür. Bu kapsamda, üç temel uygulama üzerine yoğunlaşılmıştır. Bu uygulamaların ilki Proton Yoğunluklu (PY), T1 ağırlıklı ve T2 ağırlıklı görüntülerin birlikte alındığı parametrik haritalama uygulamasıdır. Bu amaçla, literatürdeki benzerlerine kıyasla, daha hızlı ve daha kaliteli görüntü üretebilen “Simultaneous use of Individual and Mutual Information Terms in Compressive Sensing (SIMIT-CS)” isimli bir sıkıştırılmış algılama algoritması geliştirilmiştir3. Bu algoritma literatürdeki benzer yöntemlerle kıyaslanmış ve literatüre kıyasla daha iyi sonuç verdiği gösterilmiştir. Geliştirilen yöntem paralel görüntüleme ile birlikte kullanılabilmekte ve normalde saatler mertebesinde sürecek görüntüleme süresini 4 dakikaya düşürebilmektedir. Yöntem için bir patent başvurusu yapılmış, süreç devam etmektedir.
ASELSAN Araştırma Merkezi’nde yapılan çalışmaların ve geliştirilen algoritmaların ASELSAN Manyetik Rezonans Görüntüleme Sistemi’nde kullanılarak pazarda mevcut üreticilerin ürünleri ile rekabet açısından fark yaratacağı değerlendirilmektedir.
Referanslar
1. E. J. Candes, J. Romberg, and T. Tao, “Robust uncertainty principles: Exact signal reconstruction from highly incomplete frequency information,” Ieee Transactions on Information Theory, vol. 52, no. 2, pp. 489-509, Feb, 2006
2. M. Lustig, D. Donoho, and J. M. Pauly, “Sparse MRI: The application of compressed sensing for rapid MR imaging,” Magn Reson Med, vol. 58, no. 6, pp. 1182-95, Dec, 2007.
3. E. Kopanoğlu, A. Güngör, T. Kılıç, E. Ü. Sarıtaş, K. K. Oğuz, T. Çukur, H. E. Güven, “Simultaneous use of individual and joint regularization terms in compressive sensing: Joint reconstruction of multi-channel multi-contrast MRI acquisitions,” NMR in Biomedicine, vol. 33, no. 4, pp. E4247, April, 2020.
Çok farklı kullanım alanlarına sahip olmasına rağmen, yüksek çözünürlüklü MR görüntüleri elde etmek için uzun tarama sürelerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu süreyi kısaltmak için birden çok almaç bobininin birlikte kullanılması ile paralel görüntüleme yapılabilmektedir. Ancak bu teknolojinin kullanımına rağmen istenilen sekanslarda veri toplamak çoğunlukla 20 dakikayı geçmektedir. Bu süre boyunca hastanın MR tarayıcısı içerisinde sabit bir şekilde durması gerekmektedir. Bu sırada görüntülenmek istenen bölge taranmaktadır. Tarama işlemi hızlı yapıldığında düşük çözünürlüklü görüntü elde edilmektedir. Bu sebeple, kısa tarama zamanında yüksek çözünürlüklü görüntü elde edebilmek amacıyla sıkıştırılmış algılama denilen bir sinyal işleme yöntemi kullanılmaya başlanmıştır.
Sıkıştırılmış algılama, ilk olarak 2005 yılında ortaya atılan ve sıkıştırılabilir sinyallerin az miktarda veriden geri-çatımını sağlayan bir sinyal işleme tekniğidir1. Doğal sinyaller, çoğunlukla sıkıştırılabilir olmaktadır. Örneğin fotoğraf makineleri, çekilen fotoğrafları sıkıştırarak kayıt etmektedir. 16 megapiksellik bir fotoğraf makinesi ile bir fotoğraf çekildiğinde, renkli olarak çekilen görüntünün sensörü 48 milyon bayt, yani 48 megabaytlık veri üretmektedir, ancak bu görüntü sıkıştırılarak ortalama 3 megabayt boyutuna indirgenebilmekte ve bu şekilde kayıt edilebilmektedir. Sıkıştırılmış algılama, görüntüleme problemine klasik bakış açısından farklı bir şekilde yaklaşarak, 48 milyon adet sensör yerine 3 milyon mertebesinde sensör kullanarak orijinal görüntüyü oluşturmaya çalışmaktadır. Manyetik Rezonans Görüntüleri de bu bağlamda klasik görüntülerden çok farklı değildir. Bu durumda, 20 dakikalık bir tarama sonucunda elde edilen görüntüdeki bilgi, çok daha kısa süreli bir tarama sonucunda da elde edilebileceği söylenebilir.
Sıkıştırılmış algılamanın ilk MRG uygulaması 2007 yılında yapılmıştır 2. Bu uygulama, paralel görüntüleme kullanılmadığında normalde gerekenden 4 kat daha kısa sürede benzer kalitede görüntülerin oluşturulabileceğini göstermiştir. Ancak sıkıştırılmış algılama algoritmasının görüntü oluşturması için gerekli süre, dakikalar mertebesinin üzerinde olmaktadır. Ayrıca algoritmadaki sıkıştırılabilirlik varsayımı görüntü kalitesini doğrudan etkilemektedir. Daha hızlı çalışan ve daha kaliteli görüntüler üreten algoritmalar dünyada hala açık bir problem olarak tanımlanmaktadır.
Güncel olarak Philips, Siemens gibi MR tarayıcısı üreticileri temel sıkıştırılmış algılama algoritmalarını yeni tarayıcıları ile birlikte vermeye başlamıştır. Ancak bu konudaki araştırma-geliştirme çalışmaları bütün dünyada devam etmektedir.
ASELSAN’da Hızlandırılmış Manyetik Rezonans Görüntüleme
ASELSAN Araştırma Merkezi’nde, 2015 – 2018 yılları arasında Bilkent Üniversitesi Ulusal Manyetik Rezonans Araştırma Merkezi (UMRAM) işbirliği ile hızlandırılmış sıkıştırılmış algılayıcı görüntüleme algoritmaları geliştirme çalışmaları yürütülmüştür. Bu kapsamda, üç temel uygulama üzerine yoğunlaşılmıştır. Bu uygulamaların ilki Proton Yoğunluklu (PY), T1 ağırlıklı ve T2 ağırlıklı görüntülerin birlikte alındığı parametrik haritalama uygulamasıdır. Bu amaçla, literatürdeki benzerlerine kıyasla, daha hızlı ve daha kaliteli görüntü üretebilen “Simultaneous use of Individual and Mutual Information Terms in Compressive Sensing (SIMIT-CS)” isimli bir sıkıştırılmış algılama algoritması geliştirilmiştir3. Bu algoritma literatürdeki benzer yöntemlerle kıyaslanmış ve literatüre kıyasla daha iyi sonuç verdiği gösterilmiştir. Geliştirilen yöntem paralel görüntüleme ile birlikte kullanılabilmekte ve normalde saatler mertebesinde sürecek görüntüleme süresini 4 dakikaya düşürebilmektedir. Yöntem için bir patent başvurusu yapılmış, süreç devam etmektedir.
ASELSAN Araştırma Merkezi’nde yapılan çalışmaların ve geliştirilen algoritmaların ASELSAN Manyetik Rezonans Görüntüleme Sistemi’nde kullanılarak pazarda mevcut üreticilerin ürünleri ile rekabet açısından fark yaratacağı değerlendirilmektedir.
Referanslar
1. E. J. Candes, J. Romberg, and T. Tao, “Robust uncertainty principles: Exact signal reconstruction from highly incomplete frequency information,” Ieee Transactions on Information Theory, vol. 52, no. 2, pp. 489-509, Feb, 2006
2. M. Lustig, D. Donoho, and J. M. Pauly, “Sparse MRI: The application of compressed sensing for rapid MR imaging,” Magn Reson Med, vol. 58, no. 6, pp. 1182-95, Dec, 2007.
3. E. Kopanoğlu, A. Güngör, T. Kılıç, E. Ü. Sarıtaş, K. K. Oğuz, T. Çukur, H. E. Güven, “Simultaneous use of individual and joint regularization terms in compressive sensing: Joint reconstruction of multi-channel multi-contrast MRI acquisitions,” NMR in Biomedicine, vol. 33, no. 4, pp. E4247, April, 2020.
