Teknologi for MRI av hjernens funksjon og biokjemiske sammensetning

Abstract

This thesis is divided into two parts. The first part addresses synchronisation between the rate of frequency the MR system used for fMRI examinations at Haukeland universitetssjukehus operates on (10 Mhz) and the sampling rate (5 kHz) of the EEG equipment used for audiovisual tasks. fMRI provides good spatial resolution, but relatively low time resolution. EEG has a better time resolution, but low spatial resolution. The combination of EEG and fMRI data collection will provide a good picture of dynamic processes in the brain in space and time. A simple clock divider programmed on an FPGA converts the clock signal from the MR (10 MHz), to a stable 5 kHz clock signal synchronised with the MR clock signal. The secon part of this thesis covers external referencing for the quantification of MRS data. Abolute measurements of in-vivo metabolite levels in the human brain lack a stable reference for signal intensity. A suggested solution is to introduce an external signal to provide a stable reference point for further analysis. Two systems were developed, a simple electrical system with a small loop antenna coupled to a signal generator, and an optical system. Several tests were performed proving that the optical system is more stable and safe than the electrical system. Several tests was performed on the optical system to prove that the user has full control of the position of the signal peak in the MRS spectrum, both in frequency and amplitude. The results show that there are part large variations in the quantitative measurements, and this is explained by the orientation of the antenna in relations to the MR system due to the current antenna having stronger electromagnetic radiation in different directions in space.

Denne oppgaven er todelt. Første del tar for seg synkronisering mellom frekvensraten som MR-systemet brukt til fMRI undersøkelser ved Haukeland universitetssjukehus opererer på (10 MHz) og samplingsraten til EEG-utstyret (5 kHz) som blir brukt til audiovisuelle oppgaver. Siden fMRI gir god oppløsning i rommet, men har en relativt dårlig tidsoppløsning og EEG har en bedre tidsoppløsning, men dårlig romoppløsning, vil kombinasjonen av EEG og fMRI for samtidig datainnsamling gi et godt bilde av dynamiske prosesser i hjernen i både rom og tid. En enkel klokkedeler programmert på en FPGA, konverterer klokkesignalet fra MR-maskinen på 10 MHz til et stabilt 5 kHz klokkesignal som er synkronisert med MR-maskinens klokkesignal. Den andre delen av oppgaven tar for seg ekstern referanse for kvantifisering av MRS data. Absolutte målinger av in-vivo metabolittnivåer i menneskehjernen mangler en stabil referanse for signalintensitet. En foreslått løsning er å introdusere et eksternt signal for å gi et stabilt referansepunkt for videre analyser. To systemer ble utviklet, et enkelt elektrisk system med en liten loop-antenne koblet til en signalgenerator, etterfulgt av et optisk system. Flere tester ble utført som beviste at det optiske systemet er mer stabilt og sikkert enn det elektriske. Flere tester på det optiske systemet ble gjort for å bevise at brukeren har full kontroll på plasseringen av signaltoppen i MRS-spekteret både i frekvens og amplitude. Resultatene viser at det er dels store variasjoner i de kvantitative målingene og dette forklares med orienteringen av antennen i forhold til MR-systemet som skyldes at den aktuelle antennen har sterkere elektromagnetisk stråling i ulike retninger i rommet.