31 P-MRSG beyin tümörünün biyokimyasına dair non-invaziv



Benzer belgeler
BEYİN TÜMÖRLERİNİN 3T MANYETİK ALANDA İN VİVO FOSFOR MANYETİK REZONANS SPEKTROSKOPİK GÖRÜNTÜLEME PİKLERİNİN Z-SKORLARINA DAYALI İNCELENMESİ

Dahili Bobinlerin En İyi İçsel Sinyal/Gürültü Oranı Kullanılarak Değerlendirilmesi

Ergin Atalar Ulusal Manyetik Rezonans Görüntüleme Merkezi Bilkent Üniversitesi. Manyetik Rezonans Görüntüleme FİZİĞİ VE SON GELİŞMELER

ATARDAMARDAKİ FIRILIN ETİKETLENEREK BEYİN TÜMÖRLERİNİN 3T MANYETİK ALANDA MANYETİK REZONANS GÖRÜNTÜLENMESİ İÇİN BİR GRAFİKSEL ARAYÜZ TASARLANMASI

ÖZGEÇM VE ESERLER L STES

2011 Third International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics

Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme (fmrg) ile Beyin Tümörlü Hastalarda Konuşma Merkezinin SPM ve FSL ile Analizi

SPECT/BT MAYIS 2015 XV ULUSAL MEDİKAL FİZİK KONGRESİ TRABZON

Dahili Bobinlerin En İyi İçsel Sinyal/Gürültü Oranı Kullanılarak Değerlendirilmesi

MOD419 Görüntü İşleme

BT ve MRG: Temel Fizik İlkeler. Prof. Dr. Utku Şenol Akdeniz Üniversitesi Tıp Fakültesi Radyoloji Anabilim Dalı

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ DERS. Prof. Dr. Haluk YÜCEL RADYASYON DEDEKSİYON VERİMİ, ÖLÜ ZAMAN, PULS YIĞILMASI ÖZELLİKLERİ

Bölüm 5. Tıbbi Görüntüleme Yöntemlerinin Temel İlkeleri. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

Dijital Görüntü İşleme Teknikleri

İŞARET ve SİSTEMLER (SIGNALS and SYSTEMS) Dr. Akif AKGÜL oda no: 303 (T4 / EEM)

SU ALTI AKUSTİĞİ TEMELLERİ & EĞİTİM FAALİYETLERİ

Tek Değişkenli Optimizasyon OPTİMİZASYON. Gradient Tabanlı Yöntemler. Bisection (İkiye Bölme) Yöntemi

Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi

Reconstruction for 3D Tomosynthesis Images with ART and Total Variation

JEODEZİK VERİLERİN İSTATİSTİK ANALİZİ. Prof. Dr. Mualla YALÇINKAYA

Karadeniz Teknik Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Radyoloji AD. Trabzon

Oluşturulan evren listesinden örnekleme birimlerinin seçkisiz olarak çekilmesidir

MR Sekansları ve görüntü kalitesi. Prof. Dr. Kamil Karaali Akdeniz Üniversitesi Radyoloji ABD

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

Uzaktan Algılama Teknolojileri

Wavelet Transform and Applications. A. Enis Çetin Bilkent Üniversitesi

10. Bir ana kütle oranının tahmininde α = 0,05 ise kullanılan Z değeri nedir? A) 1,64 B) 1,84 C) 1,96 D) 2,28 E) 3,08

ELEKTRİK ENERJİ SİSTEMLERİNDE OLUŞAN HARMONİKLERİN FİLTRELENMESİNİN BİLGİSAYAR DESTEKLİ MODELLENMESİ VE SİMÜLASYONU

Ders 9: Kitle Ortalaması ve Varyansı için Tahmin

DENEY 3: DTMF İŞARETLERİN ÜRETİLMESİ VE ALGILANMASI

TOPRAKTA PH TAYİNİ YETERLİLİK TESTİ RAPORU TÜBİTAK ULUSAL METROLOJİ ENSTİTÜSÜ REFERANS MALZEMELERI LABORATUVARI. Rapor No: KAR-G3RM

Genel olarak test istatistikleri. Merkezi Eğilim (Yığılma) Ölçüleri Dağılım (Yayılma) Ölçüleri. olmak üzere 2 grupta incelenebilir.

İSTATİSTİKSEL PROSES KONTROLÜ

İÇİNDEKİLER ÖN SÖZ...

RASGELE SÜREÇLER İ.Ü. ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ İLETİŞİM LABORATUVARI ARALIK, 2007

TIBBİ ENSTRUMANTASYON TASARIM VE UYGULAMALARI SAYISAL FİLTRELER

İSTATİSTİK HAFTA. ÖRNEKLEME METOTLARI ve ÖRNEKLEM BÜYÜKLÜĞÜNÜN TESPİTİ

MANYETİK REZONANS GÖRÜNTÜLEMENİN TEMELLERİ. Yrd.Doç.Dr. Ayşegül Yurt Dokuz Eylül Üniversitesi Medikal Fizik AD.

PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM ÖZELLİKLERİNİN BULUNMASINDA ALGILAYICI OLARAK KULLANILMASI ABSTRACT

Ders Adı Kodu Yarıyılı T+U Saati Ulusal Kredisi AKTS. Sayısal Haberleşme Sistemleri EEE

Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinde Sayısal Yöntemler (EE 506) Ders Detayları

İSTATİSTİK MHN3120 Malzeme Mühendisliği

PSİKOFİZYOLOJİ DENEYLERİNDE TASARIM

Temel İstatistik. Y.Doç.Dr. İbrahim Turan Mart Tanımlayıcı İstatistik. Dağılımları Tanımlayıcı Ölçüler Dağılış Ölçüleri

LCD 4 Fantomu Üzerinde Sayım ve Görüntüleme Dedektörleri Kullanılarak Yapılan Kontrast Ölçümlerinin Karşılaştırılması

Mühendislikte İstatistiksel Yöntemler

Örnek 4.1: Tablo 2 de verilen ham verilerin aritmetik ortalamasını hesaplayınız.

Konum ve Dağılım Ölçüleri. BBY606 Araştırma Yöntemleri Güleda Doğan

2 Hata Hesabı. Hata Nedir? Mutlak Hata. Bağıl Hata

İşaret ve Sistemler. Ders 3: Periyodik İşaretlerin Frekans Spektrumu

TEMEL MRG FİZİĞİ. Prof. Dr. Kamil Karaali Akdeniz Üniversitesi Tıp Fakültesi

Yatay Kuvvet yd-akm Fotoğrafı

Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Öğretim Yılı Bahar Dönemi

GENETİK ALGORİTMA ÖZNUR CENGİZ HİLAL KOCA

HAVADAN LAZER TARAMA ve SAYISAL GÖRÜNTÜ VERİLERİNDEN BİNA TESPİTİ VE ÇATILARIN 3 BOYUTLU MODELLENMESİ

PHILIPS FORTE GAMA KAMERA SİSTEMİNİN MONTE CARLO SİMÜLASYONU

İÇİNDEKİLER. BÖLÜM 1 Değişkenler ve Grafikler 1. BÖLÜM 2 Frekans Dağılımları 37

Dijital Görüntülemede Grid Kullanımı ile Radyasyon Dozunun ve Görüntü Kalitesinin Değişimi

Nicel / Nitel Verilerde Konum ve Değişim Ölçüleri. BBY606 Araştırma Yöntemleri Bahar Dönemi 13 Mart 2014

İmalat Mühendisliğinde Deneysel Metotlar

Bölüm 3 Merkezi Konum (Eğilim) Ölçüleri. Giriş Veri kümesi. Ortalamalar iki grupta incelenir. A. Duyarlı olan ortalama. B. Duyarlı olmayan ortalama

Güç Spektral Yoğunluk (PSD) Fonksiyonu

Merkezi Yığılma ve Dağılım Ölçüleri

Fonksiyon Optimizasyonunda Genetik Algoritmalar

Sinirsel Benzetim ve NSL. İlker Kalaycı 06, 2008

ADC Devrelerinde Pratik Düşünceler

İstatistik ve Olasılık

Merkezi Limit Teoremi

FİNANSAL RİSK ANALİZİNDE KARMA DAĞILIM MODELİ YAKLAŞIMI * Mixture Distribution Approach in Financial Risk Analysis

Sahne Geçişlerinin Geometrik Tabanlı olarak Saptanması

GÖRÜNTÜ İŞLEME HAFTA 1 1.GİRİŞ

ANALİTİK YÖNTEMLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ. Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2004

Yrd. Doç. Dr. Fatih TOSUNOĞLU Erzurum Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

Çok-öbekli Veri için Aradeğerlemeci Ayrışım

MEHMET FEVZİ BALIKÇI

Sevim Yasemin ÇİÇEKLİ 1, Coşkun ÖZKAN 2

Ders Adı Kodu Yarıyılı T+U Saati Ulusal Kredisi AKTS

MR anjiyografiyi diğer anjiyografik yöntemlerden ayıran en önemli özellik eksojen bir kontrast

ISSN : mbaykara@firat.edu.tr Elazig-Turkey

BOĞAZİÇİ UNIVERSITY KANDİLLİ OBSERVATORY and EARTHQUAKE RESEARCH INSTITUTE GEOMAGNETISM LABORATORY

istatistik 4. Bir frekans dağılımına ilişkin birikimli seriler 1. Birimlerle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi

Temel Mikroişlemci Tabanlı Bir Sisteme Hata Enjekte Etme Yöntemi Geliştirilmesi. Buse Ustaoğlu Berna Örs Yalçın

SUDA PH TAYİNİ YETERLİLİK TESTİ RAPORU TÜBİTAK ULUSAL METROLOJİ ENSTİTÜSÜ REFERANS MALZEMELERI LABORATUVARI. Rapor No: KAR-G3RM

Quality Planning and Control

Dijital Sinyal İşleme (COMPE 463) Ders Detayları

RASSAL DEĞİŞKENLER VE OLASILIK DAĞILIMLARI. Yrd. Doç. Dr. Emre ATILGAN

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

İçerik. Plak Oluşumu. Plak görüntüleme BT- BTA. Karotis Plağı: patofizyolojiden görüntülemeye. Karotis Plağı Kompozisyonu BT de dansitesine göre

POSITION DETERMINATION BY USING IMAGE PROCESSING METHOD IN INVERTED PENDULUM

Trend Devam Modelleri: Teknik Analiz

DİYARBAKIR MEMORİAL HASTANESİ ONUR HAS RADYOTERAPİ TEKNİKERİ

Kestirim (Tahmin) Bilimsel çalışmaların amacı, örneklem değerinden evren değerlerinin kestirilmesidir.

BÖLÜM 13 HİPOTEZ TESTİ

Copyright 2004 Pearson Education, Inc. Slide 1

2. REGRESYON ANALİZİNİN TEMEL KAVRAMLARI Tanım

IİSTATIİSTIİK. Mustafa Sezer PEHLI VAN

ÇİFT EŞİK DEĞERLİ GÖRÜNTÜ NETLEŞTİRME YÖNTEMİ

Ulusal Metroloji Enstitüsü GENEL METROLOJİ

Tanımlayıcı İstatistikler. Yrd. Doç. Dr. Emre ATILGAN

Transkript:

Sıkıştırılmış Algılama Yöntemiyle Hızlı Fosfor MR Spektroskopik Görüntüleme Simülasyonu Önçalışması A Preliminary Simulation Study for Fast Phosphorus MR Spectroscopic Imaging Using Compressed Sensing Nurten Ceren Aşkın 1, Bahattin Hakyemez 2, Esin Öztürk Işık 1 1. Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, Yeditepe Üniversitesi {ceren.askin,esin.ozturk}@yeditepe.edu.tr 2. Radyoloji Anabilim Dalı, Uludağ Üniversitesi bhakyemez@uludag.edu.tr Özetçe Bu önçalışma insan beyninde fosfor manyetik rezonans spektroskopik görüntülemenin ( 31 P-MRSG) veri alımının sıkıştırılmış algılama yöntemi ile hızlandırılmasının performans simülasyonu amacıyla yapılmıştır. Bir gönüllüden 3T MR tarayıcısında alınmış fosfor MR spektroskopisi veri kümesinin metabolik pik yükseklikleri ve birbirlerine oranları baz alınarak, sağlıklı ve tümörlü bölgeleri içerecek biçimde iki boyutlu bir 31 P-MRSG veri kümesi simülasyonu oluşturulmuştur. k-alanı verileri rastgele alt örneklenmiş ve sıkıştırılmış algılama algoritması kullanılarak geri çatılmıştır. Bu simülasyon önçalışması, sıkıştırılmış algılama ile geri çatmanın 31 P-MRSG hızlandırması için uygulanabilir olduğunu göstermiştir. Gelecek çalışmalarda 31 P-MRSG nin sıkıştırılmış algılama ile hızlandırılmasının değişik k-alanı altörneklenme düzenleri ile simülasyonu yapılacaktır. Abstract This preliminary simulation study aims to determine the performance of compressed sensing method for faster phosphorus magnetic resonance spectroscopic imaging ( 31 P- MRSI) of human brain. A simulated 2D 31 P-MRSI dataset containing a tumor region and a healty region was created based on the metabolite peak intensities and ratios of a volunteer dataset acquired at 3T. k-space data was randomly undersampled and reconstructed using compressed sensing algorithm. This preliminary simulation study showed that compressed sensing reconstruction could be applied for faster 31 P-MRSI. Future studies will measure the performance of compressed sensing reconstruction for 31 P-MRSI using different k-space sampling patterns. 1. Giriş Manyetik rezonans spektroskopik görüntüleme (MRSG) dokunun biyokimyasına dair bilgi sağlayan gelişmiş bir MR görüntüleme tekniğidir. Fosfor ( 31 P) içeren bileşikleri tanımlayabilen 31 P-MRSG dokunun enerjik ve iskemik durumu, membran bozulması ve sentezi, ve ph ı ile ilgili bilgiler sağlayabilir. Fosfokreatin (PCr), fosforilkolin (PC), fosforiletanolamin (PE), inorganik fosfat (Pi), gliserofosforilkolin (GPC), ATP molekülü için üç farklı γ- ATP, α-atp, ve β-atp pikleri, ve gliserofosforiletanolamin (GPE), 31 P-MRSG ile gözlenebilen ana metabolitlerdir. Önceki çalışmalar, beyin tümörü ve sağlıklı beyin dokusunun fosfor metabolik seviyelerinde farklılık olduğunu göstermiştir [1,2]. Beyin dokusu iskemik olduğunda 31 P-MRSG de PCr/ β- ATP oranında azalma [2] ve 1 H-MRSG de laktat piki [3] gözlenmiştir. İskemi sırasında ATP hidrolizinden dolayı Pi pikinde de bir artış olur [1]. Fosforilkolin ve fosforiletanolamin membran sentezi sırasında kolin ve etanolamin fosforilasyonundan üretilen fosfomonoesterlerdir (PME). Diğer yandan, membran bozulması sırasında GPC ve GPE oluşur ve bu metabolitlere fosfodiesterler (PDE) denilir. Hubesch ve ark. beyin tümörlerinde PCr/Pi oranında ciddi bir azalma ve ph seviyelerinde bir artış gözlemlemişlerdir [1]. Maintz ve ark. menenjiyomlarda alkalik bir ortam (ph=7.16) ve PCr ve PDE piklerinde düşüş, ve düşük seviyeli gliomlarda hafif alkalizasyon (ph=7.09) ve PDE/α-ATP oranında iki kattan daha fazla bir azalma gözlemlemişlerdir [2]. 31 P-MRSG beyin tümörünün biyokimyasına dair non-invaziv bilgi sağlayan bir yöntem olmasına karşın uzun veri alma süresinden dolayı klinik ortamlarda çok yaygın değildir. Fosfor protona oranla 15 kat daha az MR hassastır ve 31 P- MRSG yeterli SGO için daha büyük vokseller birden fazla verinin ortalamasının alınmasını gerektirir. Obruchkov ve ark. geriye dönüşlü eko planar spektroskopik görüntüleme (flyback-epsi) ile daha hızlı 31 P-MRSG veri alımı üzerinde çalışmışlardır [4]. Ancak, geriye dönüşlü EPSI yöntemi darbe sekansı klinik ortamlarda rutin olarak mevcut değildir ve verinin geri çatımında yeniden ızgaralandırma hataları oluşabilir [5]. Başka bir simulasyon çalışmasında, Srinivasa- Raghavan ve ark. karaciğer 31 P-MRSG verisinin altörneklemesi ve geri çatımında genellenmiş otokalibrasyonlu kısmen paralel veri edinme (Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisitions (GRAPPA)) yöntemini kullanmışlardır [6]. GRAPPA yöntemi çok kanallı RF sarmalı kullanılarak elde edilen alt örneklenmiş veriyi geri çatabilir, fakat fosfor hassas çok kanallı RF sarmalları klinik ortamlarda hala çok yaygın kullanılmamaktadır. Ayrıca sinyal gürültü oranı (SGO), veri alım zamanının karekökü ile

orantılıdır. Bu yüzden 31P-MRSG veri alımını hızlandırmak için kullanılan EPSI veya GRAPPA yöntemleri SGO kaybına neden olabilir. Sıkıştırılmış algılama ise diğer bir veri alımını hızlandırma ve geri çatma yöntemidir. Bu metot rastgele alt örneklenmiş k-uzayı verilerini bir düzenlileştirme algoritması olan eşlenik gradyan (conjugate gradient) metodunu kullanarak geri çatabilir. Sıkıştırılmış algılamanın gürültü azaltma etkisinden dolayı diğer hızlı görüntüleme metotlarına göre daha az SGO kaybı ile hızlı MR veri alınmasını sağladığı daha önceki çalışmalarda gözlemlenmiştir [7]. Bu teknik hızlı karbon ( 13 C) MRSG veri alımında başarıyla uygulanmıştır [8,9]. Bu önçalışmada sıkıştırılmış algılama tekniğinin 31 P MR spektroskopik görüntülemeyi hızlandırmak için kullanılabilirliği araştırılmıştır. 2.1. Sıkıştırılmış Algılama 2. Metotlar Sıkıştırılmış algılama yöntemi ilk olarak Dr. Emmanuel Candes tarafından Shepp-Logan fantomu üzerinde gürültü azaltma deneyleri yaparken l 1 -norm azaltılması tekniğinin denenmesi ve sonrasında resmin net bir biçimde geri çatıldığının gözlemlenmesi sonucu geliştirilmiştir [10]. Sıkıştırılmış algılama yönteminin doğru sonuç verebilmesi için üç kriter sağlanmalıdır. İlk olarak, sinyalin bir dönüşüm alanında seyrek olması, yani sıfırdan farklı az sayıda bileşeninin bulunması gerekir. İkinci olarak, örneklemenin rastgele yapılması, ve sonuçta sinyalde oluşacak örtüşmenin kullanılan dönüşüm alanında evreuyumsuz olması (incoherent aliasing) lazımdır. Sonuncu olaraksa, kötü konumlanmış (illposed) problemlerin çözümünde kullanılan ve doğru çözüme en yakın çözümü bulmaya odaklı eşlenik gradyan gibi bir doğrusal olmayan geri çatma algoritması kullanılarak hem sinyalden alınan ölçümlerle uyumlu hem de kullanılan dönüşüm alanında seyrek bir sinyal oluşturulması gerekmektedir. Lustig ve arkadaşları sıkıştırılmış algılama yöntemini ilk kez MR görüntü alımının hızlandırılmasına uygulamışlardır. Bu ilk uygulamada uzaysal alanda seyrek olan üç boyutlu MR çekimi yapılırken eşzamanlı oluşturulan MR kontrastlı anjiyo görüntüleri ve Wavelet alanında seyrek olan hızlı spin eko MR beyin görüntüleri sıkıştırılmış algılama yöntemi ile hızlandırılmıştır. Hu ve ark. ise MR spektroskopik görüntülemedeki ilk uygulamasını 13C MRSG için gerçekleştirmişlerdir [8,9]. MR spektroskopik sinyaller doğası gereği seyrektir ve spektral bantgenişliği boyunca sadece belli frekanslarda ve genelde dar bir çizgi genliğinde sıfırdan farklı bileşenleri vardır. Ayrıca seyrek bir MR spektra sinyali Wavelet alanında bir kaç büyük bileşenle doğru biçimde tanımlanabilir [8]. Bu da sıkıştırılmış algılama yöntemini uygulayabilmenin ilk kriterini sağlamaktadır. Fourier uzayında rastgele seçilerek alınan zaman (k,t) verilerinden tüm voksellerdeki spektranın sıkıştırılmış algılama tekniği ile doğru biçimde geri çatımı için problem aşağıdaki şekilde formüle edilebilir; ( ) en küçük ψ(m) 1 öyle ki F a m ( ) y 2 < ε (1) Bu formülde m elde edilen bir yakın çözümü, ψ(m) o çözümün Wavelet dönüşümünü, F a Fourier uzayında rastgele altörnekleme operatörünü, y sinyalden alınan orjinal örnekleri ve ε gürültü seviyesinde bir hata payını temsil etmektedir. Wavelet dönüşümünün l 1 normunun düşük olması sinyalin seyrek olması anlamına gelmektedir ve aşağıdaki formülle hesaplanmaktadır; x ( i) = x( i) 1 i Formül 1 e göre doğru çözüme en yakın çözümün hem Fourier transformunda alınan altörnekleri orjinalde alınan altörnekler ile yakın değerlere sahip olmalı, hem de oluşan sinyalin Wavelet dönüşümü ile sıkıştırılabilir biçimde seyrek olması istenmektedir. Bu farklılık ve seyreklik kriterleri aşağıdaki gibi Lagrange formuna dönüştürülerek bir optimizasyon problemi şeklinde yeniden yazılabilir; enazlama m ( F ( m) y + Ψ(m ) a ) 2 1 (2) λ (3). Fourier alanında yapılan sınırlı sayıdaki altörnekleme sebebi ile MR geri çatma problemi bir eksik belirtilmiş problemdir ve bu problemin birden çok çözümü bulunabilir. Bu da MR geri çatma probleminin kötü konumlanmış olmasına sebep olur. Kötü konumlanmış problemlerin çözümü için kesin çözüm yerine yaklaşık bir çözüm aranması, veya problem hakkında önsel (a priori) bilgi kullanılması, ya da düzenlileştirme (regularization) teknikleri kullanılması gerekir. Sıkıştırılmış algılama problemlerinin çözümünde sıklıkla problemin çözümüne en yakın çözüme ulaşmaya çalışan eşlenik gradyan metodu kullanılmaktadır [11]. 2.2. Veri alımı ve İşleme Bir gönüllü, 31 P yüzey sarmalı kullanarak 3T MR tarayıcısında (Philips Medical Systems, Best, Netherlands) görüntülendi. Bu sarmalın ortasında bulunan ve içinde hem su hem de metilfosfonik asit bulunan bir disk lokalizasyon için kullanıldı. Beyin anatomik görüntüleri turbo alan eko (TFE) sekansı kullanılarak vücut sarmalıyla alındı (TR=75ms, TE=5ms, FA=30 ). Bir 31 P MR spektrumu frontoparietal lobdan görüntü seçmeli in vivo spektroskopi (image selected in vivo spectroscopy (ISIS)) [12] yöntemi ile alındı (TR=5s, 128 sinyal ortalaması, 3000 Hz, bekleme zamanı=0.333ms, 1024 nokta, 27cc voksel boyutu, tarama zamanı=11dakika). Bu spektrum, 10 Hz Gaussian filtreden geçirildikten sonra, faz düzeltme, baz çizgisi giderme, ve ölçme işlemleri jmrui da AMARES [13] kullanılarak yapıldı. AMARES kullanılarak her pik için hesaplanan genlik (a) ve frekans (f) faktörleri MATLAB (The Mathworks Inc., Natick, MA) de zaman alanında bir sağlıklı spektrumu oluşturmak için aşağıdaki formüle oturtuldu, yn = ake (d k +i2πfk )tn k (4), ve bütün pikler için d k =30 Hz verildi. Aynı şekilde bir de tümör spektrumu simule edildi. Tümör spektrumu ile sağlıklı spektrumun pik genlikleri oranları PCr, γ-atp, α-atp, ve β-atp, GPC, GPE, Pi, PC ve PE metabolitleri için sırasıyla (0.49, 1.0, 1.0, 1.0, 2.16, 1.86, 1.47, 2.06, 2.63) olarak

belirlendi. Sağlıklı ve tümörlü spektra kullanılarak sol üst köşesinde 10x10 voksellik bir tümör bölgesi ve kalanı sağlıklı bölgeden oluşan iki boyutlu 32x32 lik bir 31 P MR spektroskopik görüntüleme veri kümesi oluşturuldu. Bir rastgele altörnekleme maskesi, k-uzayında veri alımını x yönünde 2.23 faktörüyle azaltmak için MATLAB a uyarlandı. SGO nedeniyle k-uzayının merkezindeki iki çizgi korundu [9]. İki boyutlu altörnekleme maskesi bir frekans noktası için Figür 2.1 de gösterilmiştir. 3. Sonuçlar Figür 3.1 tümörlü ve sağlıklı dokudan alınmış orijinal ve sıkıştırılmış algılama uygulanmış veri kümelerinden altı vokselin 31 P MR spektrasını göstermektedir. Yukarıdaki üç voksel tümör spektrası, aşağıdaki üç voksel ise sağlıklı spektraya aittir. Tümörlü ve sağlıklı spektral bölgelerin sıkıştırılmış algılama ve orijinal veri kümesinde de ayırt edilebilir olduğu görülmüştür. Tümör spektrası daha düşük PCr, daha yüksek PME, PDE ve Pi pikleri içermektedir. ATP pikleri ise tümörlü ve sağlıklı bölgelerde benzer seviyedelerdeydi. Tablo 1 tümörlü ve sağlıklı bölgelerdeki Pi/PCr, PCr/β-ATP, ve PCr/PE metabolit oranlarını orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümeleri için göstermektedir. Tümör bölgesi iki veri kümesinde de sağlıklı bölgeye oranla daha yüksek Pi/PCr, daha düşük PCr/β-ATP ve PCr/PE değerlerine sahiptir. Figür 2.1. Bir frekans noktası için rastgele k-uzayı altörnekleme şekli. Toplamda k-uzayının %56.25 i sıfırlanmıştır (R=2.23). Altörneklenmiş veri kümeleri k y yönünde ters Fourier dönüşümlendi. Her bir y noktası için (k x, t) verileri SparseMRI yazılım paketi kullanılarak geri çatıldı [7]. L1-norm ve toplam varyasyon ağırlığı deneysel olarak 0.01 seçildi. Bir boyutlu dört uzunlukta Daubechies wavelet dönüşümü bilgi azaltma dönüşümü olarak kullanıldı. Orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümelerinin tümörlü ve sağlıklı bölgelerdeki Pi/PCr, PCr/β-ATP ve PCr/PE oranlarının arasında farklılık olup olmadığını belirlemek için Bland Altman istatistik testinden yararlanılmıştır. Bland Altman yöntemi için, sıkıştırılmış algılama ve orijinal veri kümelerinden hesaplanan pik oran çiftleri arasındaki farklar hesaplanmıştır. İki gözlem arasındaki sapma ölçüsü olan ortalama fark ve farkların standart sapması hesaplanmıştır. Bu farkların her noktanın iki gözlem ortalaması için grafiği çizilmiştir. Ortak farkın iki standart sapmasının altında ve üstünde aykırı değer yok ise, iki gözlem birbirine göre farksız denilmiştir. PCr, Pi, ve β-atp nin SGO değerlerinin orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümesi için tümör ve sağlıklı bölgeler arasında farklı olup olmadığına ranksum testi kullanılarak bakılmıştır. p<0.05 istatistiksel olarak anlamlı kabul edilmiştir. Tablo 1. Tümörlü ve sağlıklı dokularda orijinal (O) ve sıkıştırılmış algılama (SA) veri kümelerinin Pi/PCr, PCr/β ATP, PCr/PE metabolit oranları Metabolit Oranları (ortalama±std) SA O Pi/PCr PCr/β-ATP PCr/PE Tümörlü 0.80±0.03 2.04±0.07 0.77±0.04 Sağlıklı 0.34±2.4e-05 3.09±4.2e-04 2.68±3.4e-04 Tümörlü 1.05±0 1.70±0 0.56±0 Sağlıklı 0.35±0 3.06±0 2.80±0 Tablo 2 orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümeleri için pik oranlarının sapmalarına bakan Bland Altman istatistik testi sonuçlarını göstermektedir. Sağlıklı bölgelerdeki metabolit oranları orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümeleri için benzer oranlardaydı. Tümörlü bölgelerde ise sağlıklı bölgelere oranla sapma daha fazla görüldü. Tümörlü bölgede aykırı değer yoktu, bu da pik oranları arasındaki farkın çeşitliliğinin o bölgede düşük olduğunu gösterdi. Sağlıklı bölgede ise her pik oranı için 20 civarında aykırı değer vardı. Ama, ortalama fark veya sapma değeri sağlıklı bölgelerde Pi/PCr, PCr/β-ATP ve PCr/PE oranları için sırasıyla sadece 0.01, 0.03 ve 0.13 olarak bulundu. Figür 3.1. Orjinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümelerinden altı voksele ait 31P MR spektra. Üstteki üç vokselde tümör, alttaki üç vokselde ise sağlıklı dokuya ait spektra görülebilmektedir.

Tablo 3 orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümelerinin tümörlü ve sağlıklı bölgelerinde PCr, Pi ve β-atp piklerinin sinyal gürültü oranlarını göstermektedir. Sıkıştırılmış algılama ile geri çatmanın gürültü azaltma etkisi her pik için yüksek SGO ya yol açmıştı. Ranksum testi sonuçlarına göre, orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümeleri için tümörlü bölgede PCr pikinin SGO değeri sağlıklı bölgeden istatistiksel olarak anlamlı biçimde daha düşük (p<0.001), ve Pi pikinin SGO değeri daha yüksekti (p<0.001). β-atp SGO seviyesi tümörlü ve sağlıklı bölgelerde çok benzer olsa da, yüksek voksel sayısı göz önüne alındığında aralarında istatistiksel olarak anlamlı farklılık gözlemlenmiştir. Tablo 4 orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümelerinin PCr, Pi ve β-atp metabolitlerinin tümörlü/sağlıklı ortalama pik yüksekliklerini göstermektedir. Tümör spektrumu, sağlıklı spektruma oranla PCr, β-atp ve Pi pikleri için sırasıyla 0.49, 1.0, ve 1.47 katı pik genlikleri olacak şekilde simüle edildi. Sıkıştırılmış algılama ve orijinal veri kümeleri tümörlü/sağlıklı ortalama pik yükseklikleri açısından benzer oranlara sahip değerler göstermiştir. Tablo 2. Tümörlü ve sağlıklı bölgelerde orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümelerinin pik oranları arasındaki farkın Bland Altman istatistik testi sonuçları. Bland Altman Test Sonucu Pi/PCr PCr/β-ATP PCr/PE Tümörlü Sağlıklı # aykırı değer 0 0 0 ortalama(fark) 0.25 0.34 0.21 std(fark) 0.03 0.07 0.04 # aykırı değer 20 27 20 ortalama(fark) 0.01 0.03 0.13 std(fark) 2.45e-5 4.16e-4 3.53e-4 Tablo 3. PCr ve Pi piklerinin tümörlü ve sağlıklı bölgelerde SGO değerleri ve bunların orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümeleri için oranları. SGO (ortalama±std) Tümörlü Sağlıklı Tümörlü/Sağlıklı SA O PCr 46.13±3.11 57.53±0.06 0.80 Pi 37.03±1.76 19.46±0.02 1.90 β-atp 22.59±1.21 18.60±0.02 1.21 PCr 19.73±0 42.68±0 0.46 Pi 20.77±0 14.77±0 1.41 β-atp 11.62±0 13.95±0 0.83 Tablo 4. Tümörlü ve sağlıklı dokuların orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümelerinde PCr, Pi ve β-atp ortalama pik yükseklikleri oranı Tümörlü Oranı/Sağlıklı Ortalama Pik PCr Pi β-atp Yükseklikleri SA 0.59 1.40 0.89 O 0.52 1.59 0.94 4. Tartışma Bu çalışmada sıkıştırılmış algılama metodunun 31 P MR spektroskopik görüntülemede veri alım zamanını kısaltmadaki uygunluğu araştırıldı. Sonuçlarımız sıkıştırılmış algılama ile geri çatılmış veriler gürültü azaltma etkisinden dolayı orijinal verilere oranla daha yüksek SGO gösterdi. Fakat pik yükseklik oranları orijinal ve sıkıştırılmış algılama veri kümelerinde benzer değerler gösterdi. Gelecek çalışmalarda 31 P-MRSG nin sıkıştırılmış algılama ile hızlandırılmasının değişik k-alanı altörneklenme düzenleri ile simülasyonu yapılacaktır, ve gönüllü ve beyin tümörlü hastaların verilerinde sıkıştırılmış algılama geri çatmasının performansı ölçülecektir. 5. Teşekkür Bu çalışma Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırmalar Kurumu (TÜBİTAK) tarafından 112E036 nolu araştırma projesi kapsamında desteklenmektedir. 6. Kaynakça [1] Hubesch, B., et al., P-31 MR spectroscopy of normal human brain and brain tumors. Radiology, 1990. 174(2): p. 401-9. [2] Maintz, D., et al., Phosphorus-31 MR spectroscopy of normal adult human brain and brain tumours. NMR Biomed, 2002. 15(1): p. 18-27. [3] Alger, J.R., et al., Metabolism of human gliomas: assessment with H-1 MR spectroscopy and F-18 fluorodeoxyglucose PET. Radiology, 1990. 177(3): p. 633-41. [4] Obruchkov, S., Echo Planar Spectroscopic Imaging and 31P In Vivo Spectroscopy. Open Access Distertations and Theses. Paper 4121., 2011, McMaster University. [5] Zierhut, M.L., et al., (1)H spectroscopic imaging of human brain at 3 Tesla: comparison of fast three-dimensional magnetic resonance spectroscopic imaging techniques. J Magn Reson Imaging, 2009. 30(3): p. 473-80. [6] Srinivasa-Raghavan, R., et al. 31P Spectroscopic Imaging with GRAPPA. in Conference Proceedings of 17th International Society of Magnetic Resonance in Medicine. 2009. Hawaii, USA. [7] Lustig, M., D. Donoho, and J. Pauly, Sparse MRI: The application of compressed sensing for rapid MR imaging. Magnetic resonance in medicine, 2007. 58(6): p. 1182-1195. [8] Hu, S., et al., Compressed sensing for resolution enhancement of hyperpolarized 13C flyback 3D-MRSI. J Magn Reson, 2008. 192(2): p. 258-64. [9] Hu, S., et al., 3D compressed sensing for highly accelerated hyperpolarized (13)C MRSI with in vivo applications to transgenic mouse models of cancer. Magn Reson Med. 63(2): p. 312-21.

[10] Candes, E.J. and J. Romberg. Practical signal recovery from random projections. in Proc. SPIE Computational Imaging. 2005. San Jose. [11] Shewchuk, J. An introduction to the conjugate gradient method without the agonizing pain. 1994. [12] Ordidge, R., A. Connelly, and J.A. Lohman, Image-selected in vivo spectroscopy (ISIS): A new technique for spatially selective NMR spectroscopy. J Magn Reson, 1986. 66: p. 283-294. [13] Vanhamme, L., et al., J Magn Reson, 1999. 140(1): p. 120-30.