Ονοματεπώνυμο: Καλογεράκης Ευάγγελος

Αριθμός Μητρώου: ΤΛ20250

Θέμα:

Τίτλος στα ελληνικά: Τεχνολογίες Μαγνητικών Τομογράφων

Τίτλος στα αγγλικά: Magnetic Resonance Imaging Technologies

Επιβλέπων:

Μπακλέζος Ανάργυρος, Επικ. Καθηγητής, Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ

Τριμελής Επιτροπή

1. Βαρδιάμπασης Ιωάννης, Καθηγητής Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ
2. Μπακλέζος Ανάργυρος, Επικ. Καθηγητής, Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ
3. Νικολόπουλος Χρήστος, Επικ. Καθηγητής Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ

Περίληψη

Η εργασία παρουσιάζει τις βασικές αρχές της μαγνητικής τομογραφίας (MRI), καλύπτοντας τη φυσική του φαινομένου NMR, τη διαδικασία ανίχνευσης και διέγερσης, τη σημασία του πυρηνικού spin και της συχνότητας Larmor, καθώς και τη λειτουργία των παλμών ραδιοσυχνότητας RF και των μηχανισμών χαλάρωσης T1 και T2. Εξηγείται η μέθοδος δημιουργίας εικόνων MRI και η χρήση του περιστρεφόμενου συστήματος αναφοράς.

Αναλύονται τα χωρικά χαρακτηριστικά της MRI, περιγράφοντας τη διαδικασία απόκτησης σήματος, την ανασύνθεση εικόνας και τον ρόλο των βαθμίδων (gradients). Παρουσιάζεται η τεχνική slice imaging και οι υποκατηγορίες της, όπως η επιλεκτική διέγερση, η απεικόνιση πολλαπλών τομών και η απόκτηση όγκου.

Η εργασία εστιάζει επίσης στο υλισμικό της MRI, περιγράφοντας τη δομή των υπολογιστικών συστημάτων, τον ρόλο των μαγνητών (μόνιμων, αντιστάσιμων και υπεραγώγιμων), καθώς και τις βασικές αρχές των RF coils. Αναλύεται η κατασκευή των πηνίων λήψης RF και των πηνίων διαβάθμισης, ενώ εξετάζεται η λειτουργία του MRI transceiver.

Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην απόκτηση δεδομένων στην απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, συμπεριλαμβανομένων της πορείας στο k-space, των τεχνικών ταχείας απεικόνισης και της μαγνητικής αγγειογραφίας. Περιγράφονται ειδικές τεχνικές όπως η BOLD, η SWI, η QSM και η αντίθεση που σχετίζεται με τη μοριακή δομή. Παρουσιάζονται μέθοδοι παράλληλης απεικόνισης, όπως οι Sense, Grappa και Multi-band, καθώς και η χρήση υπερπολωμένων πυρήνων.

Η συμβολή της τεχνητής νοημοσύνης (AI) στη μαγνητική τομογραφία αποτελεί επίσης σημαντικό θέμα της μελέτης. Παρουσιάζονται οι πρόοδοι της MRI μέσω AI, η σημασία των model-based reconstruction τεχνικών, καθώς και η εφαρμογή της τεχνητής νοημοσύνης στην ανίχνευση βλαβών στον προστάτη και τους μαστούς.

Τέλος, γίνεται αναφορά στα σύγχρονα συστήματα MRI, περιλαμβάνοντας μοντέλα από εταιρείες όπως η Siemens και η Hitachi, με χαρακτηριστικά διαφόρων τομογράφων, από χαμηλού έως υψηλού πεδίου. Η εργασία ολοκληρώνεται με τη διατύπωση συμπερασμάτων σχετικά με τις σύγχρονες εξελίξεις στην MRI και τις προοπτικές της τεχνολογίας αυτής.

Abstract

The thesis presents the fundamental principles of Magnetic Resonance Imaging (MRI), covering the physics of the NMR phenomenon, the detection and excitation process, the significance of nuclear spin and Larmor frequency, as well as the function of radiofrequency (RF) pulses and the relaxation mechanisms T1 and T2. The methodology for image formation in MRI and the use of the rotating reference system are also explained.

The study analyzes the spatial characteristics of MRI, describing the signal acquisition process, image reconstruction, and the role of gradients. The slice imaging technique is presented along with its subcategories, such as selective excitation, multi-slice imaging, and volume acquisition.

A significant focus is placed on MRI hardware, detailing the structure of computing systems, the role of magnets (permanent, resistive, and superconducting), and the basic principles of RF coils. The construction of RF receiving coils and gradient coils is analyzed, along with the operation of the MRI transceiver.

The thesis also examines data acquisition in MRI imaging, including k-space trajectory, rapid imaging techniques, and magnetic angiography. Special techniques such as BOLD, SWI, QSM, and molecular structure-related contrast are described. Parallel imaging methods, including Sense, Grappa, and Multi-band, are discussed, as well as the use of hyperpolarized nuclei.

The contribution of Artificial Intelligence (AI) to MRI is another key topic of the study. Advances in MRI using AI are presented, along with the significance of model-based reconstruction techniques and the application of AI in lesion detection for prostate and breast MRI.

Finally, the study discusses modern MRI systems, including models from companies like Siemens and Hitachi, with details on various scanners ranging from low-field to high-field technology. The thesis concludes with findings on the latest developments in MRI and the future prospects of this technology.

Λέξεις – Κλειδιά

Μαγνητική Τομογραφία (MRI), Πυρηνικό Σπιν, Συχνότητα Larmor, Παλμοί Ραδιοσυχνοτήτων (RF), Χρόνοι Χαλάρωσης (T1, T2), k-space, Παράλληλη Απεικόνιση, Τεχνητή Νοημοσύνη, Ιατρική Διάγνωση, Πηνία Βαθμίδας (Gradient Coils), Υλικό MRI, Ανακατασκευή Εικόνας

Keywords

Magnetic Resonance Imaging (MRI), Nuclear Spin, Larmor Frequency, Radiofrequency (RF) Pulses, Relaxation Times (T1, T2), k-space, Parallel Imaging, Artificial Intelligence, Medical Diagnosis, Gradient Coils, MRI Hardware, Image Reconstruction,

Ημερομηνία Εξέτασης: 9 Ιουλίου 2025 ,11π.μ.

Χώρος Εξέτασης: Εργαστήριο 7, Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών, Κτίριο Α

Διαδικτυακά: https://meet.google.com/kps-hvax-oxb