Stefan Skares forskargrupp - vår forskning

Forskargruppen består av MR-fysiker och civilingenjörer på Karolinska Universitetssjukhuset, Karolinska Instituet, och forskare från GE Healthcare som gemensamt bedriver forskning och utveckling av nya bildtagningsmetoder för MR med klinisk användning inom neuroradiologi.

Vår Forskning

Scanner Skares forskargrupp
MR-scanner

Vi utvecklar mjukvara för MR-kamerans bildtagningsprocess (s.k. pulssekvenser) och efterföljande bildkorrektioner och bildrekonstruktioner - med integration i klinisk miljö. Bildtagningstekniker som SWI-EPI, EPIMix och NeuroMix har även kommit till nytta på andra kliniker och sjukhus runt om i världen.

MR är en långsam bildtagningsmetod, där varje bildserie tar flera minuter att samla in, vilket ställer stora krav på patienten att ligga still. Forskargruppen har två större forsknings- och utvecklingsprojekt för att hantera detta. Det ena är ultrasnabb bildtagning som pulssekvensen NeuroMix, där de vanligaste MR-kontrasterna som behövs för en komplett hjärn-MR-undersökning erhålls i form av nio bildserier under 3 min.

Det andra temat är prospektiv (realtids) rörelsekorrektion så att patienter kan röra huvudet fritt med bibehållen diagnostisk bildkvalitet. Detta är speciellt viktigt för MR-undersökingar av hjärnan på barn, där vår målsättning är att drastiskt kunna minska användningen av narkos, som är resurskrävande och inte helt riskfritt. Det leder också till långa väntetider till MR samt mycket långa MR-undersökningar.

 

 

KS foundation
KS Foundation - förenklad pulsprogrammering

 

KS Foundation - Förenklad pulsprogrammering för snabbare utveckling

 


För att kunna utveckla nya avancerade bildtagningstekniker, och för att förbättra samarbetet mellan forskare, har vi utvecklat ett förenklat sätt att programmera MR-kameror från GE Healthcare, via ett abstraktionslager kallat KS Foundation. Med detta kan pulssekvenser skrivas med betydligt mindre kod och med en struktur som möjliggör mer komplexa bildtagningstekniker, som t.ex. NeuroMix. KS Foundation och tillhörande pulssekvenser finns tillgängligt för andra MR-forskare via ksfoundationepic.org, och används idag över hela världen.



Realtidskorrektion av huvudrörelser - Tracoline (Tracinnovations)

 

Realtidskorrektion av huvudrörelser - Tracolin
Tracoline-systemet

För att kunna få MR-bildplanen att i realtid följa med patientens huvud behövs en kontinuerlig mätning av huvudets förflyttning. Vi har för detta ändamål inköpt en fiberoptisk "point-cloud"-kamera baserat på IR (se upplyst komponent i illustrationen) från ett danskt startup-företag. Denna mäter patientens huvudposition inne i MR-kameran ca 10 ggr/sek. Den informationen kommuniceras sedan till den pågående pulssekvensen som tar den aktuella bilden (under flera minuter).

 

 

 

 

 

scanner
En barnpatient tittar på film via spegel samtidigt som point-cloud kameran är monterad intill för att registrera patientens huvudrörelser.

Rörelseövervakning av en av våra barnpatienter som undersökts med vårt rörelserobusta realtidskorrigerade MR-protokoll bestående enbart av egenutvecklade pulssekvenser. Ovan ses barnets ansikte genom point-cloud-kameran. Nedan ses rörelseinformationen (för hela MR-undersökningen), som kontinuerligt används för att flytta MR-bildplanen så att de följer med huvudrörelserna.

 

 

 

 

 

 

Realtidskorrektion av huvudrörelser - egenutvecklad enhet "WRAD"

Vi arbetar också aktivt med vår egen hårdvarubaserade sensor – kallad WRAD, vilket är en förkortning för en trådlös radiofrekvens-insamlingsenhet. Enkelt uttryckt är det en liten trådlös markör som synkroniserar sig med MR-kameran genom att detektera RF-pulser. Enheten kan sedan avlyssna MR-systemets gradientfält (vanligtvis mycket korta navigatorer < 1 ms) och beräkna sin plats i rummet med hög noggrannhet. Detta gör att vi kan utföra prospektiv rörelsekorrigering med en fördröjning av endast 3 ms, och med minimala praktiska ändringar av MR-undersökningen. Enkelheten i WRAD-tekniken är avgörande när man utför prospektiv rörelsekorrigering på patienter där mycket annat är i fokus. Under pågående studie med vårt rörelserobusta WRAD MR-protokoll för barnhjärnor, vidareutvecklar vi WRADen utifrån feedback från våra MR-röntgensjuksköterskor och patienter, men också utifrån generellt behov av bättre och stabilare prestanda.

 

 

 

nodding motion 2
Huvudrörelser detekterade med WRAD under insamling av EN T1FLAIR-PROPELLER sekvens. Trots upprepade rörelser på ~10 grader genom bildplanet blir bilden till höger fri från bildstörningar.




Rörelserobusta pulsesekvenser - Snapshot SWI-EPI

 

Rörelserobusta pulsesekvenser - Snapshot SWI-EPI

Trots rörelsekorrektion i realtid med Tracoline eller WRAD är det fundamentalt svårt att få bra bildkvalitet med 3D-sekvenser med lång TE som för SWI. Även med en ideal rörelsekorrektion leder de fasförändringar i hjärnan (som uppstår vill långa ekotider) till bildstörningar (överst-höger, 3D EPI). Med vår snapshot 2D SWI EPI erhålls ett komplett bildplan på 0.1 s under samma fasbetingelser i hjärnan. Med flera repetitioner av samma bildplan som medelvärdesbildas efter rörelsekorrektion ökas SNR till lämplig nivå.

 

 

 



 

 

Rörelserobusta pulsesekvenser - Accelererad pseudo 3D PROPELLER 

 

neuromix

Det finns ett kliniskt behov av T2w 3D RARE/FSE/TSE bilder med isotropa voxlar som kan reformateras till flera olika blidplan. Det ökar informationen för radiologen och underlättar granskningen av bilderna. De sekvenser som typiskt används för att samla in dessa 3D dataset kräver långa ekotåg, vilket gör dem känsliga för rörelser och leder även till så kallad “T2-blurring”. För att få reformaterbara T2w volymer även för patienter som inte kan ligga stilla har vi tagit fram ett rörelserobust alternativ, som genom en kombination av SMS acceleration, tunna snitt och en PROPELLER-insamling. Den har också fördelen att den T2w kontrasten blir bättre (mer lik 2D TSE)


Ultrasnabb (och rörelserobust) MR - NeuroMix

 

neuromix

NeuroMix på en barnpatient, som första bildomgång i vårt pediatriska MR-protokoll. Med en scantid för NeuroMix på ~2:40 min, där 2D-kontrasterna är rörelserobusta och kan registreras mot varandra i rekonstruktionen, blir dessa bilder oftast bra även i närvaro av större huvudrörelser. Med framtida integration med WRAD & Tracoline kommer NeuroMix bli ännu mer robust mot huvudrörelser.

 

 

Forskargruppledare

Stefan Skare

Forskargruppledare
070-8887371
Skare
K8 Klinisk neurovetenskap