Диагностика онкологических образований с помощью МРТ с параллельной обработкой сигналов

Тульский государственный университет

Современная медицинская наука характеризуется стремительным развитием лучевой диагностики, внедрением все более совершенных технологий. С совершенствованием технологий растут и требования клиницистов к объему и качеству диагностической информации. Магнитно-резонансная томография (МРТ) является современным методом медицинской визуализации наравне с компьютерной томографией (КТ). За последние 20 лет МРТ стала одним из важнейших инструментов в клинической диагностике. У МРТ более точные возможности дифференцировать характер очаговых поражений органов, а также распространения опухоли.

Основными параметрами МРТ-сканирования являются: пространственное разрешение, контрастность и время сканирования. Ранее наиболее очевидным направлением улучшения параметров являлось увеличение напряженности общего магнитного поля и производительности градиентных систем. Однако недавние исследования показали, что увеличение скорости нарастания градиентных систем выше определенного уровня влечет за собой негативное влияние на нервную систему пациента. Поэтому за последние 7 лет совершенствование технологии медицинской МРТ идет именно в сторону распараллеливания систем и совершенствования цифровой обработки сигналов. Наиболее оптимальными значениями общей напряженности магнитного поля в настоящее время считается 1–3 Тесла, а скорости нарастания градиентных систем – 15–40 мТ/м.

Обработка сигналов в параллельных методах существенно отличается от предыдущих методов. В настоящее время наиболее широко применяются такие методы, как: SENSE, SMASH, GRAPPA, AUTO-SMASH,VDAUTO-SMASH, MSENSE, PILS, SPACE RIP и т.д. Известно, что применение 32 каналов (с методом SENSE) вместо 4 позволяет сократить время сканирования с 10 мин до 1 мин, что особенно важно при исследовании пациентов в тяжелом состоянии.

Нами предложена новая реализация методов параллельной обработки сигналов, подтвержденная в эксперименте. Информационный сигнал о распределении протонной плотности водорода принимается антенными системами (количество каналов антенн – Na). Они первые задают размерность информационного сигнала. В настоящее время в клинических целях применяют 4–80 каналов, однако после коммутаторов (coil selector) число параллельных каналов не превышает 20, что говорит о временном мультиплексировании. Системы с большим количеством каналов (N>12) имеют значительно большую стоимость по сравнению с предыдущими системами. Поэтому главной нашей задачей являлось снижение стоимости подобной системы по сравнению с аналогичными коммерческими решениями. Высокие характеристики и небольшая стоимость достигаются применением специальных антенных систем, предусилителей, антенных коммутаторов и последующей цифровой обработки сигналов (ЦОС). В основе ЦОС лежит применение графических процессоров NVIDIA и языка CUDA, недорогих FPGA Xilinx Spartan 3E.